39646

Разработка системы моделирования движения «свободного самолета», с целью внедрения в учебный процесс программы, созданной на основе полученных результатов

Дипломная

Информатика, кибернетика и программирование

Методика определения передаточных функций самолета 24 1. Техническое задание на разработку системы моделирования движения свободного самолета 26 2. Построение переходных процессов модели полного продольного движения самолета по приращению управляющих воздействий а так же по приращению импульсных управляющих воздействий. Построение переходных процессов модели короткопериодического движения самолета по приращению управляющих воздействий 36 2.

Русский

2013-10-08

6.79 MB

184 чел.

                                               Содержание                                                          Стр.

ВВЕДЕНИЕ 8

1.ОБЩАЯ ЧАСТЬ 9

1.1.Анализ состояния вопроса 9

1.2. Возможность пакета MATLAB и его расширений 11

     1.2.1. Назначение и возможности MATLAB 11

     1.2.2. Simulink как инструмент моделирования

                    динамических систем 17

1.3. Запуск программной среды MATLAB 18

1.4. Краткий справочный материал 18

     1.4.1. Продольное движение 18

     1.4.2. Боковое движение 21

1.5. Методика определения передаточных функций самолета 24

1.6. Техническое задание на разработку системы

            моделирования  движения «свободного самолета» 26

2.СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 30

2.1. Создание модели движения «свободный самолет» в

      программной среде MATLAB 30

2.2. Самолет, как объект управления, в продольном движении 31

     2.2.1. Построение переходных процессов модели полного

               продольного движения самолета по приращению

               управляющих воздействий, а так же по приращению

               импульсных управляющих воздействий. 33

     2.2.2. Построение переходных процессов модели

               короткопериодического движения самолета

               по приращению управляющих воздействий 36

     2.2.3. Построение переходных процессов модели

               короткопериодического продольного движения

               самолета по приращению внешних возмущений,

               а так же по приращению импульсных внешних возмущений 36

     2.2.4. Построение переходных процессов модели

               полного продольного движения самолета по приращению

               внешних возмущений, а так же по приращению

               импульсных внешних возмущений 40

     2.2.5. Построение структурно-динамической схемы

               управления продольным траекторным движением 43

2.3. Самолет, как объект управления, в боковом движении 48

     2.3.1. Построение переходных процессов модели

               полного бокового движения самолета по приращению

               управляющих воздействий, а так же по импульсному

               приращению управляющих воздействий 49

     2.3.2. Построение переходных процессов упрощенной модели

               бокового движения самолета 52

     2.3.3. Построение переходных процессов модели

               полного бокового движения самолета по приращению

               внешних возмущений, а так же по приращению

               импульсных внешних возмущений 58

3.ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ 62

3.1. О работе в  MATLAB 62

3.2. Использование программы на базе MATLAB 63

3.3. Редактирование моделей исследования и создание новых 69

3.4. Метрологическая экспертиза 79

4.ОБЕСПЕЧЕНИЕ  БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ . 80

4.1. Задачи моделирования движения самолета ..80

4.2. Условия и ограничения при моделировании ..82

4.3. Использование результатов исследования моделей

      при сертификации воздушно судна 83

4.4. Краткое содержание предложения дипломной работы ..84

4.5. Повышение эффективности подготовки студентов. Ускорение

      адаптации выпускников на производстве и повышение БП 86


5.ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНАВАНИЕ…………………..…………..………..88

5.1. Расчет затрат на создание программного обеспечения ..88

5.2.Расчет чистой прибыли  ..92

5.3. Расчет чистого дисконтированного дохода (NPV) ..96

5.3. Оценка экономической эффективности ..97

6.БЕЗОПАСНОСТЬ И  ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ..98

6.1.Безопасность ..99

     6.1.1. Опасные и вредные факторы 100

     6.1.2. Режим труда и отдыха 102

     6.1.3. Эргономические требования к рабочему месту 103

     6.1.4. Освещение рабочего места 104

6.2.Экологичность  105

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 110

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 111


ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время для проведения визуального математического модели «свободный самолет»  используется программа "Mars". Данная программа рассмотрена и одобрена для процесса обучения в 2001 году.

В условиях прогресса и все большего совершенствования компьютерной техники встает острая необходимость по обновлению лабораторного программного обеспечения. Целью данного дипломного проекта является разработка системы моделирования движения самолета, а именно модели «свободный самолет», которая произведена  в визуальной оболочке «MATLAB», отвечающей основным требованиям существующей компьютерной базы нашего университета.

При внедрении разработанной системы моделирования движения свободного самолета, обучающийся будет иметь представление о принципах построения и расчета переходных процессов, о свойствах коэффициентов характеристического уравнения, а также представление об оценке влияния средств коррекции самолета на показатели устойчивости и управляемости, влияющих на безопасность полетов.

Также уменьшается время, отведенное на выполнение лабораторной работы, ввиду увеличения скорости ввода и обработки информации. Поэтому остается больше времени на изложение или усвоение теоретической части.

Лабораторная работа, выполненная посредством разработанной обучающей программы на базе MATLAB, дает возможность сравнить результаты теоретических расчетов, с результатами, полученными при моделировании в обучающей программе переходных процессов модели «свободный самолет» и выбрать наиболее удовлетворяющие условиям показатели, согласно области оценки продольной (боковой) управляемости.


1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1. Анализ состояния вопроса

Целесообразность внедрения.

Эффективным средством сокращения времени и трудозатрат на обучение является внедрение обучающих программ. Это дает возможность обучаемому наглядно ознакомится с различными видами оборудования, систем, устройств и элементов.

Возрастающие возможности компьютерной техники позволяют создать виртуальные модели и тренажеры специального оборудования, позволяющие изучать материальную и практическую части не только в специально оборудованных помещениях, но и в домашних условиях, что значительно сокращает время на ознакомление с выполняемой работой.

Для формирования у обучающегося знаний в области автоматизации и общих принципов построения автоматических систем, а также для изучения исследования бортовых средств автоматического управления обеспечивающих коррекцию  характеристик устойчивости и управляемости, велась разработка системы моделирования средств автоматического управления.

Выбор тех или иных моделей определяется ресурсами и возможностями средств реализации, исходя из соображений точности получаемых результатов, быстроты моделирования, экономичности, удобства и доступности для широкого круга пользователей.

При разработке системы необходимо использовать программу для моделирования движения свободного самолета. На данный момент  используются следующие программы математического моделирования:

Samsim»;

Siam»;

Mars11»;

Vissim»;

MATLAB»

Для выбора наиболее удобной программы, позволяющей реализовать основные требования дипломного проекта, произведена оценка программ. Оценка производилась по следующим  критериями:

•Степень освоения;

•Системные требования;

•Совместимость с WinXp/Vista/7;

• Работа с другими приложениями;

•Интерфейс;

•Документация;

•Возможность установки дополнительных пользовательских библиотек;

• Наличие режима «обучение»;

• Сохранение блок-схемы;

•Масштабирование блок-схемы;

           Результаты оценок по каждой программе и итоговые значения находятся в таблице 1.1.

Таблица 1.1. Сравнительная характеристика математических программ

Критерии оценки

Samsim

Siam

Mars 11

MATLAB

Vissim

Степень освоения

45

36

36

36

25

Требования к системе

50

50

50

50

50

Процесс установки

30

30

30

30

30

Совместимость с WinXp/Vista/7

50

40

40

50

45

Размер рабочих файлов

25

25

25

25

25

Работа с другими приложениями

24

8

8

40

9

Поддержка работы в сети (печать)

32

8

8

40

35

Интерфейс

40

24

24

40

20

Настройка интерфейса

20

5

5

25

25

Документация

35

35

7

14

12

Наличие режима «обучение»

25

5

5

25

20

Возможность установки дополнительных библиотек

8

8

8

40

12

Сохранение блок-схемы

25

25

25

25

25

Масштабирование блок-схемы

6

6

6

30

30

Общее количество баллов

415

305

277

470

363

Ранг

2

4

5

1

3

По итогам оценки лучше всего себя показала программа «MATLAB». Данная программа полностью удовлетворяет требованиям дипломного проекта, а также удобна в использовании и по многим критериям превосходит другие программы. Поэтому целесообразно,  для разработки модели «свободный самолет» использовать математическую программу «MATLAB».

1.2. Возможность пакета MATLAB и его расширений

1.2.1. Назначение и возможности MATLAB

Название MATLAB является сокращением от Matrix Laboratory, и первоначально пакет MATLAB разрабатывался как средство доступа к библиотекам программ LINPACK и EISPACK, предназначенных для матричных вычислений. Пакет MATLAB создан компанией MathWorks около двадцати лет назад. Работа сотен ученых и программистов направлена на постоянное расширение его возможностей и совершенствование заложенных алгоритмов. В настоящее время MATLAB является мощным и универсальным средством решения задач, возникающих в различных областях человеческой деятельности. Спектр проблем, исследование которых может быть осуществлено при помощи MATLAB и его расширений (Toolbox), охватывает: матричный анализ, обработку сигналов и изображений, задачи математической физики, оптимизационные задачи, финансовые задачи, обработку и визуализацию данных, работу с картографическими изображениями, нейронные сети, нечеткую логику и многое другое. Около сорока специализированных Toolbox могут быть выборочно установлены вместе с MATLAB по желанию пользователя. В состав многих Toolbox входят приложения с графическим интерфейсом пользователя, которые обеспечивают быстрый и наглядный доступ к основным функциям. Пакет Simulink, поставляемый вместе с MATLAB, предназначен для интерактивного моделирования нелинейных динамических систем, состоящих из стандартных блоков.

Обширная и удобная справочная система MATLAB способна удовлетворить потребности, как начинающего, так и достаточно опытного пользователя. Полная гипертекстовая информационная система (на английском языке) содержит описание встроенных функций и достаточно большое число примеров их использования. Ссылки позволяют переходить к разделам, имеющим отношение к изучаемому вопросу, что облегчает самостоятельный поиск интересующей информации. Доступ из командной строки к кратким сведениям о встроенных функциях обеспечивает возможность быстрого выбора нужного варианта обращения к функциям. Инженерам и научным работникам, проводящим самостоятельные исследования, оказываются полезными прилагаемые к пакету электронные книги в формате PDF. Данные книги не только дублируют справочную систему MATLAB и каждого Toolbox, но и содержат теоретические сведения и математическую базу, необходимые для осознанного использования описываемых средств. Справочная система снабжена ссылками на книги и статьи, посвященные реализованным алгоритмам в MATLAB и Toolbox, что позволяет исследователю и разработчику собственных алгоритмов вникнуть в суть дела.

MATLAB обладает хорошо развитыми возможностями визуализации двумерных и трехмерных данных. Высокоуровневые графические функции призваны сократить усилия пользователя до минимума, обеспечивая, тем не менее, получение качественных результатов. Интерактивная среда для построения графиков позволяет обойтись без графических функций для визуализации данных. Кроме того, она служит и для оформления результата желаемым образом: размещения поясняющих надписей, задания цвета и стиля линий и поверхностей, словом, для получения изображения, пригодного для включения в отчет или статью. Полный доступ к изменению свойств отображаемых графиков дают низкоуровневые функции, применение которых подразумевает понимание принципов компьютерной графики и владение приемами программирования.

В MATLAB реализованы классические численные алгоритмы решения уравнений, задач линейной алгебры, нахождения значений определенных интегралов, аппроксимации, решения систем или отдельных дифференциальных уравнений. Для применения базовых вычислительных возможностей достаточно знания основных численных методов в рамках программы технических вузов. Решение специальных задач, разумеется, невозможно без соответствующей теоретической подготовки; впрочем, сведения, изложенные в справочной системе, оказываются неоценимым подспорьем для желающих самостоятельно разобраться в обширных возможностях пакета MATLAB.

Простой встроенный язык программирования позволяет легко создавать собственные алгоритмы. Простота языка программирования компенсируется огромным множеством функций MATLAB и Toolbox. Данное сочетание позволяет достаточно быстро разрабатывать эффективные программы, направленные на решение практически важных задач.

Визуальная среда GUIDE предназначена для написания приложений с графическим интерфейсом пользователя. Работа в среде GUIDE проста, но предполагает владение основами программирования и дескрипторной графики. Наличие определенного навыка работы в среде GUIDE предоставляет возможность создать визуальную среду для проведения собственных исследований, что значительно облегчает работу и существенно экономит время.

Объектно-ориентированный подход, заложенный в основу MATLAB, обеспечивает современную эффективную технологию программирования. С учетом специфики решаемой задачи разработчик приложений MATLAB в дополнение к существующим классам имеет возможность создавать собственные со своими методами.

MATLAB прекрасно интегрируется со многими приложениями и средами программирования. Связь MATLAB и MS Word обеспечивает возможность написания в редакторе MS Word интерактивных документов, так называемых М-книг, основанных на специальном шаблоне. Пользователь, рабой с М-книгой, может запускать блоки команд MATLAB непосредственно из документа MS Word, причем результат выполнения команд отражается в М-книге. Данное средство прекрасно подходит для создания электронных отчетов и учебных пособий.

Надстройка MS Excel Link, поставляемая вместе с MATLAB, существенно расширяет возможности MS Excel, обеспечивая доступ пользователя к функциям MATLAB и Toolbox. Подготовка данных осуществляется непосредственно в электронных таблицах, а обращение к функциям производится либо из ячеек рабочего листа, либо в модуле, написанном на Visual Basic (VBA). MATLAB Builder for MS Excel позволяет реализовывать алгоритмы MATLAB в виде СОМ-объектов и использовать их в приложениях на VBA.

Информация, хранящаяся в базах данных многих популярных форматов, может быть импортирована в MATLAB, нужным образом обработана и исследована при помощи функций MATLAB, а затем экспортирована в какую-либо другую базу данных. Для обмена данными используются команды языка запросов SQL. Поддерживается, в частности, связь с Microsoft Access, Microsoft SQL Server, Oracle. Имеется приложение с графическим интерфейсом, которое облегчает работу пользователей, не знакомых с языком запросов SQL.

Символические вычисления в MATLAB основаны на библиотеке, являющейся ядром пакета Maple. Решение уравнений и систем, интегрирование и дифференцирование, вычисление пределов, разложение в ряд и суммирование рядов, поиск решения дифференциальных уравнений и систем, упрощение выражений – вот далеко не полный перечень возможностей MATLAB для проведения аналитических выкладок и расчетов. Поддерживаются вычисления с произвольной точностью. Пользователи, имеющие опыт работы в Maple могут напрямую обращаться ко всем функциям данного пакета (кроме графических) и вызывать процедуры, написанные на встроенном языке Maple.

Программный интерфейс приложения (API) реализует связь среды MATLAB с программами, написанными на С, Fortran или Java. Библиотека программного интерфейса позволяет вызывать имеющиеся модули на С, Fortran или Java из среды или программ MATLAB, обращаться к функциям MATLAB из программ на С или Fortran, осуществлять обмен данными между приложениями MATLAB и другими программами. Средства MATLAB Builder for СОМ предназначены для преобразования программ MATLAB в СОМ - объекты, доступные в других приложениях.

Для разработки интернет - приложений MATLAB создан MATLAB Web Server, причем процесс создания приложения достаточно прост – кроме умения программировать в MATLAB требуется только знание основ HTML.

Подводя итог вышесказанному, можно сделать вывод, что начинающий пользователь MATLAB может в процессе работы совершенствовать свои знания как в области моделирования и численных методов, так и программирования, и визуализации данных. Огромным преимуществом MATLAB является открытость кода, что дает возможность опытным пользователям разбираться в запрограммированных алгоритмах и, при необходимости, изменять их. Впрочем, разнообразие набора функций MATLAB и Toolbox допускает решение большинства задач без каких-либо предварительных модификаций.

Таким образом, главные преимущества “языка технических вычислений” MATLAB, которые выгодно отличают его среди других существующих ныне математических систем и пакетов, состоят в следующем:

  1.  система MATLAB специально создана для проведения именно инженерных расчетов: математический аппарат, который используется в ней, предельно приближен к современному математическому аппарату инженера и ученого и опирается на вычисления с матрицами, векторами и комплексными числами; графическое представление функциональных зависимостей здесь организовано в форме, которую требует именно инженерная документация;
  2.   язык программирования системы MATLAB весьма прост, близок к языку BASIC, посилен любому начинающему; он содержит всего несколько десятков операторов; незначительное количество операторов здесь компенсируется большим числом процедур и функций, содержание которых легко понятно пользователю с соответствующей математической и инженерной подготовкой;
  3.  в отличие от большинства математических систем, MATLAB является открытой системой; это означает, что практически все процедуры и функции MATLAB доступны не только для использования, но и для корректировки и модифицирования; MATLAB – система, которая может расширяться пользователем по его желанию созданными им программами и процедурами (подпрограммами); ее легко приспособить к решению нужных классов задач;
  4.  очень удобной является возможность использовать практически все вычислительные возможности системы в режиме чрезвычайно мощного научного калькулятора; в то же время можно составлять собственные отдельные программы с целью многоразового их использования для исследований; это делает MATLAB незаменимым средством проведения научных расчетных исследований;
  5.  последние версии MATLAB позволяют легко интегрировать ее с текстовым редактором Word, что делает возможным использование при создании текстовых документов вычислительных и графических возможностей MATLAB, например, оформлять инженерные и научные отчеты и статьи с включением в них сложных расчетов и выводом графиков в текст.

1.2.2.  Simulink как инструмент моделирования динамических систем

Программа Simulink является приложением к пакету MATLAB. При моделировании с использованием Simulink реализуется принцип визуального программирования, в соответствии с которым пользователь на экране из библиотеки стандартных блоков создает модель устройства и осуществляет расчеты. При этом, в отличие от классических способов моделирования, пользователю не нужно досконально изучать язык программирования и численные методы математики, а достаточно общих знаний требующихся при работе на компьютере и, естественно, знаний той предметной области, в которой он работает.

Simulink является достаточно самостоятельным инструментом MATLAB и при работе с ним совсем не требуется знать сам MATLAB и остальные его приложения. С другой стороны доступ к функциям MATLAB и другим его инструментам остается открытым и их можно использовать в Simulink. Часть входящих в состав пакетов имеет инструменты, встраиваемые в Simulink (например, LTI-Viewer приложения Control System Toolbox – пакета для разработки систем управления). При работе с Simulink пользователь имеет возможность модернизировать библиотечные блоки, создавать свои собственные, а также составлять новые библиотеки блоков.

При моделировании пользователь может выбирать метод решения дифференциальных уравнений, а также способ изменения модельного времени (с фиксированным или переменным шагом). В ходе моделирования имеется возможность следить за процессами, происходящими в системе. Для этого используются специальные устройства наблюдения, входящие в состав библиотеки Simulink. Результаты моделирования могут быть представлены в виде графиков или таблиц.

Преимущество Simulink заключается также в том, что он позволяет пополнять библиотеки блоков с помощью подпрограмм написанных как на языке MATLAB, так и на языках С++, Fortran и Ada.

1.3. Запуск программной среды MATLAB

Для использования программы «MATLAB» необходимо:

-включить компьютер и загрузить операционную систему "Windows";

- произвести запуск программы «MATLAB»;

Запуск программы «MATLAB»  производиться через меню «Пуск» («Start») в Windows. Для этого следует щелкнуть левой кнопкой мыши на этой кнопке, затем выбрать пункт главного меню «Программы». Чтобы запустить основную программу, необходимо последовательно выбирать следующие пункты меню «Пуск» (начиная с самой кнопки «Пуск»):

Пуск > Программы > MATLAB >Software > MATLAB.

Щелчок по ярлыку MATLAB запускает программу на исполнение.

После загрузки на экране появляется окно программы, которое включает в себя основные элементы.

1.4. Краткий справочный материал

1.4.1. Продольное движение

Продольное движение самолета - это движение в плоскости симметрии XOZ. Пусть исходным невозмущенным движением самолета является прямолинейный установившийся горизонтальный полет. Тогда все силы и моменты, действующие на самолет, взаимно уравновешены, при отсутствии управляющих воздействий и внешних возмущений. Если к самолету будет приложено управляющее воздействие или внешнее возмущение, вызывающее вращение самолета вокруг оси OZ или смещение вдоль осей OX или OY, то продольное движение самолета станет вынужденным, а после снятия управляющего воздействия или внешнего возмущения - собственным. При этом продольное движение будет развиваться практически независимо от бокового.

Виды продольного движения:

Собственное продольное возмущенное движение - это движение самолета, сформировавшееся в результате кратковременного отклонения руля высоты.

Вынужденное продольное возмущенное движение - это движение самолета, сформировавшееся в результате длительного отклонения руля высоты.

Устойчивость продольного движения

Одним из основных свойств, определяющих возможность и безопасность полета, является устойчивость. Под устойчивостью самолета понимается его способность самостоятельно, без участия пилота, сохранять заданный режим полета и возвращаться к нему после непроизвольного отклонения под действием внешних возмущений. Понятие устойчивости движения включает начальную тенденцию движения самолета после прекращения действия возмущения, а также качество процессов возвращения самолета к исходному режиму. Для описания этих двух сторон устойчивости используют понятие статической и динамической устойчивости.

Статическая устойчивость продольного движения характеризует начальную тенденцию, наличие момента тангажа, стремящегося возвратить самолет к исходному режиму. В соответствии со структурой продольного возмущенного движения продольную устойчивость самолета рассматривают при постоянной скорости и изменяющемся угле атаки, а также при постоянном угле атаки и изменяющейся скорости.

Динамическая устойчивость продольного движения. Наличие продольной статической устойчивости по перегрузке еще не гарантирует возвращение самолета к исходному режиму полета. Теоретические и экспериментальные исследования продольного короткопериодического движения самолета по углу атаки показывают, что оно с достаточной точностью может быть описано в виде затухающей синусоиды

где hk- коэффициент демпфирования продольных короткопериодических колебаний;

νk- круговая частота продольных короткопериодических колебаний;

- фазовый угол сдвига;

- постоянная, определяемая из начального условия Δα=α0;

Управляемость продольного движения.

 

Наряду с устойчивостью основным свойством, определяющем возможность и безопасность полета самолета, является управляемость. Под управляемостью самолета понимается его способность выполнять в ответ на целенаправленные действия пилота или автоматики любой, предусмотренный в процессе эксплуатации маневр в любых допустимых условиях полета, в том числе и при наличии возмущений. Сопоставляя понятия устойчивости и управляемости, можно сделать вывод, что они противоположны друг другу. Устойчивость- способность самолета сохранять исходный режим, а управляемость - изменять его. Однако между этими свойствами существует и тесная взаимосвязь. С точки зрения пилота управляемость характеризует «послушность» самолета при повороте вокруг центра масс. Перемещение центра масс в пространстве определяется маневренностью самолета. Как и для устойчивости, различают статическую и динамическую управляемость.

Статическая управляемость продольного движения характеризуется значениями усилий на колонке штурвала и перемещениями колонке штурвала для выполнения маневра в вертикальной плоскости. Усилия и перемещения отсчитываются от определенных балансировочных усилий и перемещений, обеспечивающих равновесие моментов, действующих на самолет относительно поперечной оси OZ. Режимы полета самолета, в которых можно считать действующие на самолет моменты уравновешенными, называется балансировочными. Условием статической балансировки самолета является равенство нулю результирующего момента тангажа МR.

Динамическая управляемость продольного движения. Хорошие статистические характеристики продольной управляемости самолета еще не гарантируют хорошего качества процесса управления, так как пилоту важен сам характер изменения перегрузки во времени. Исследование реакции самолета на ступенчатое отклонение руля высоты дает объективную оценку динамической управляемости продольного движения. Теоретические и экспериментальные исследования продольного короткопериодического движения самолета перегрузке показывают, что оно с достаточной точностью может быть описано в виде скачкообразной затухающей синусоиды

где - установившееся значение перегрузки;

- частота недемпфированных продольных короткопериодических колебаний;

-фазовый угол сдвига.

 

1.4.2. Боковое движение

 Боковое движение самолета – это поступательное движение его центра масс в направлении, перпендикулярном его плоскости симметрии ХОУ, а также вращательное движение относительно центра масс вокруг осей ОХ и ОУ. Пусть исходным невозмущенным движением самолета является прямолинейный установившийся горизонтальный полет, а все силы и моменты, действующие на самолет в полете взаимно уравновешены при отсутствии управляющих воздействий и внешних возмущений. Если к самолету приложить управляющее воздействие или внешнее возмущение, вызывающие его вращение вокруг осей ОХ или ОУ, или смещение вдоль оси OZ, то боковое движение самолета станет вынужденным, а после снятия управляющего воздействия или внешнего возмущения - собственным. Ввиду того что боковое движение сопровождается вращением относительно двух осей, оно в некотором смысле сложнее, чем продольное. В общем случае при достаточно больших возмущениях боковое движение вызывает существенное изменение параметров продольного движения, т. е. возмущенное движение самолета принимает пространственный характер. Для того чтобы рассматривать боковое движение изолированно от продольного, возмущения должны быть малы, тогда боковое и продольное движения независимы друг от друга.

Виды бокового движения:

 Собственное боковое возмущенное движение - это движение самолета, сформировавшееся в результате кратковременного отклонения элеронов.

 Вынужденное боковое движение возмущенное движение – это движение самолета, сформировавшееся в результате длительного отклонения элеронов.

Устойчивость бокового движения

 Боковая статическая устойчивость самолета определяет равновесие моментов рыскания и крена. Поэтому принято рассматривать два вида боковой статической устойчивости: путевую (флюгерную) относительно оси ОУ и поперечную относительно оси ОХ. Под путевой статической устойчивостью самолета понимают его способность самостоятельно без участия пилота в управлении противодействовать изменению угла скольжения.

 Динамическая устойчивость бокового движения. Наличие путевой и поперечной статической устойчивости еще не гарантирует возвращение самолета к исходному режиму полета. Теоретические и экспериментальные исследования бокового короткопериодического движения самолета по углу скольжения показывают, что оно с достаточной точностью может быть описано в виде затухающей синусоиды

где hδ- коэффициент демпфирования боковых короткопериодических колебаний;

νδ- круговая частота боковых короткопериодических колебаний;

- фазовый угол сдвига;

- постоянная, определяемая из начального условия Δβ=β0;

Управляемость бокового движения

Статическая управляемость и балансировка бокового движения характеризуется усилиями и перемещениями педалей и штурвала для выполнения маневра в боковой плоскости, которые отсчитывают от определенных балансировочных усилий и перемещений, обеспечивающих равновесие всех боковых сил, действующих вдоль оси ОZ, и моментов, действующих относительно осей ОХ и ОУ.

Динамическая управляемость бокового движения. Исследование реакции самолета на ступенчатое отклонение элеронов и руля направления дает объективную оценку динамической управляемости бокового движения. Теоретические и экспериментальные исследования быстрого бокового движения самолета по крену показывают, что оно с достаточной точностью может быть описано экспоненциальной функцией

где - постоянная времени по угловой скорости крена;

– установившееся значение угловой скорости крена.

1.5. Методика определения передаточных функций самолета

Математическая модель продольного движения самолета представляет систему дифференциальных уравнений.

Система линеаризованных дифференциальных уравнений, записанных в символической форме при нулевых начальных условиях, описывающих продольное возмущенное движение самолета в связанной системе координат имеет вид:

Для проведения экспериментального исследования свойств самолета и изучения характера движения самолета при управляющих и возмущающих воздействиях необходимо иметь передаточные функции самолета.

По определению, передаточной функцией называется отношение операторного изображения выходного параметра объекта управления к операторному изображению входного параметра т.е.:

.

Выходными параметрами характеризующими продольное движение самолета являются , а входными .

Методику определения передаточных функций рассмотрим на конкретном примере.

Пусть необходимо определить передаточную функцию  для полной модели самолета. Исходными данными для решения поставленной задачи будут являться система дифференциальных уравнений, а также численные значения коэффициентов, входящих в систему.

Тогда, передаточная функция  будет определена как отношение двух матриц составленных из коэффициентов системы дифференциальных уравнений.

Матрица знаменателя составляется из коэффициентов левой части системы. Матрица числителя получается из матрицы знаменателя путем замены столбца коэффициентов стоящих при выходном параметре на  столбец коэффициентов стоящих при входном параметре.

Таким образом, искомая передаточная функция имеет следующий вид:

.

После несложных вычислений, связанных с раскрытием матриц числителя и знаменателя, окончательно получаем:

.

 

Следует заметить, что знаменатель полученной передаточной функции является характеристическим уравнением полной модели продольного движения самолета. Значения коэффициентов числителя передаточной функции равны:

,

,

.

Используя приведенную методику я определил передаточные функции для моделей продольного и бокового движения самолета. расчет производился в математической программе Mathcad.

1.6. Техническое задание на разработку системы моделирования движения «свободного самолета»

1.6.1. Наименование и назначение.

Система моделирования движения «свободного самолета» предназначена для  изучения и исследования поведения самолета при воздействии на него ступенчатых управляющих воздействий и ступенчатых внешних возмущений, а так же импульсных управляющих воздействий и внешних возмущений.

1.6.2.Технические требования.

Система моделирования должна быть разработана на компьютере, с установленной операционной системой "Windows- 98 / ME / NT / 2000 / XP / Vista/7" и системными требованиями не ниже: Процессор Pentium 4 2000 МГц; Оперативная память 512 Мб; Наличие на жестком диске 5Гб свободного места;

Задачи программного обеспечения:

-управление созданным приложением должно быть реализовано с помощью экранных элементов управления;

-ввод данных должен осуществляться при помощи стандартной клавиатуры и с помощью манипулятора типа “мышь”;

-вывод результатов в виде графиков на экран и принтер.

Для разработки системы моделирования необходимо использовать программу  MATLAB, которая должна обеспечить:

- построение любых схем моделей из предлагаемых элементов;

- задание параметров интегрирования модели и параметров элементов схемы;

- сохранение в файле и считывание из файла модели (схемы и её параметров);

- построение зависимостей от времени в любых точках схемы;

- построение зависимостей от времени в любых точках схемы;

- представление результатов расчёта в графической форме;

- сохранение схем моделей;

- работа программы с другими приложениями;

1.6.3. Питание компьютера:

- осуществляется от сети переменного тока 220 В частотой 50 Гц.

Необходимыми для работы программами являются:

архиватор WinRAR – для распаковки архива программы;

Nero Burning Rom – для экспорта работы на электронные носители (CD-R)

для сохранения данных необходимо наличие пишущего привода компакт-дисков (CD-RW);

для печати данных - наличие принтера.

1.6.4.Условия эксплуатации - стационарные:

температура окружающей среды 25°С±10°С;

относительная влажность 65%±15%.

1.6.5.Требования к технологичности:

- система моделирования движения «свободного самолета»  должна обеспечить быстрое и качественное получение исследуемых данных;

1.6.6. Требования безопасности.

Запрещается:

прикасаться к задней панели процессора при включенном питании;

переключение разъемов интерфейсных кабелей периферийных устройств при включенном питании;

загромождать верхние панели устройств бумагами и посторонними предметами;

допускать попадание влаги на поверхность процессора, монитора, рабочую поверхность клавиатуры, дисководов, принтеров и других устройств;

производить самостоятельное вскрытие и ремонт оборудования;

Продолжительность непрерывной работы на персональном компьютере без регламентированного перерыва не должна превышать 2 часов.

Временные допустимые уровни электромагнитных полей (ЭМП), создаваемых компьютером, не должны превышать предельно допустимых значений СанПиН 2.2.2. 542-96.

             В случае сбоя в работе технического оборудования или программного обеспечения поставить в известность руководителя работ.

Во всех случаях обнаружения обрыва проводов питания, неисправности зануления и других повреждениях электрооборудования, появления запаха гари, немедленно отключить питание, отсоединить электрический разъем (вилку) из розетки и сообщить об аварийной ситуации руководителю.

1.6.7.Требования к надежности.

Надежность разрабатываемой системы моделирования должна определяться возможностью сохранения работы, как на жестком диске персонального компьютера, так и на электронных носителях (дискетах, CD-R дисках).

Ошибочные действия пользователя не должны приводить к некорректной работе программного обеспечения и уничтожению информации;

1.6.8.Эстетические и эргономические требования.

Интерфейс  программы, с помощью которой разрабатывают систему моделирования, должен быть легко воспринимаем и удобен в работе все надписи и элементы управления разработанного программного обеспечения должны отчетливо распознаваться на основном фоне экрана.


2. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Создание модели движения «свободный самолет» в программной среде MATLAB

В данном дипломном проекте разрабатывается модель движения «свободный самолет». Основой разработки является методика применения программы виртуального моделирования для замены физической реализации объекта на его динамическую, виртуальную модель. Система моделирования состоит из виртуальных моделей продольного и бокового движения самолета и проводится с целью формирования знаний об общих принципах построения переходных процессов по любым параметрам. Для создания системы применяли программу математического моделирования MATLAB.

На рис. 2.1.1.  представлена иерархия вышеперечисленных компонентов MATLAB.

Рисунок 2.1.1. Иерархия компонентов MATLAB

Целью создания виртуальной модели  «самолет как объекта управления» является  изучение и исследование свойств самолета как объекта управления в продольном и боковом движении методом математического моделирования, а также изучение характера возмущённого движения самолёта в ответ на управляющие и возмущающие воздействия.

Рассмотрим свойства самолета  как объекта управления, а также произведем построение схем и графиков переходных процессов в среде в среде «MATLAB».

Методика работы с программой «MATLAB» изложена в разделе 1.4. настоящей пояснительной записки и в разделе технической эксплуатации.

         Исходным материалом для построения модели является литература, указанная в соответствующем разделе.

Рисунок 2.1.2. Структурная схема модели «Самолёта как объекта управления» в программной среде «MATLAB».

2.2. Самолет, как объект управления, в продольном движении

Исследование свойств самолета в продольном движении.

Провели моделирование продольного движения самолета по всем передаточным функциям и получили серии переходных процессов по выходным параметрам самолёта   , V, ωz. В качестве входного сигнала использовали ступенчатые единичные управляющие воздействия , а так же ступенчатые единичные и единичные импульсные воздействия внешних возмущений .

В процессе моделирования передаточной функции  по уравнениям КПД самолёта, оценили влияние коэффициентов   и  на динамические и статические показатели переходного процесса .

Исходным материалом предварительных расчетов для в среде «MATLAB», являются значения коэффициентов математической модели самолета типа ТУ-154, представленные в таблице 2.1. соответственно для продольного и бокового движений.

Таблица 2.1. Исходным материалом предварительных расчетов

Исходные данные

Продольное движение

0,8

0,18

3,4

0,001

1,9

0,9

0,03

0,17

2,9

0,03

5,2

Боковое движение

0,15

1,22

0,17

0,53

0,25

0,98

1,62

1,3

0,09

0,04

5,2

Методика определения передаточных функций изложена в разделе 1.5. настоящей пояснительной записки.


2.2.1. Построение переходных процессов модели полного продольного движения самолета по приращению управляющих воздействий, а так же по приращению импульсных управляющих воздействий.

Передаточные функции, полученные по модели полного продольного движения:

Примечание: расчет всех передаточных функций проводился в математической программе Mathcad.

 ;

 ;                  

;

Построение переходных процессов:

- ▬▬ -▬▬ -▬▬

Рисунок 2.2.1. Серия переходных процессов  модели полного продольного движения самолета по приращению угла отклонения руля высоты

- ▬▬ -▬▬ -▬▬

Рисунок 2.2.2. Серия переходных процессов  модели полного продольного движения самолета по импульсному приращению угла отклонения руля высоты

- ▬▬ -▬▬ -▬▬

Рисунок 2.2.3. Серия переходных процессов  модели полного продольного движения самолета по приращению угла отклонения рукоятки управления двигателем

- ▬▬ -▬▬ -▬▬

Рисунок 2.2.4. Серия переходных процессов  модели полного продольного движения самолета по импульсному приращению угла отклонения рукоятки управления двигателем


2.2.2. Построение переходных процессов модели короткопериодического движения самолета по приращению управляющих воздействий

Передаточные функции, полученные по модели короткопериодического движения самолета:

;

;

.

Построение переходных процессов:

-▬▬ -▬▬ -▬▬

Рисунок 2.2.5. Серия переходных процессов модели короткопериодического движения самолёта по приращению угла отклонения руля высоты

-▬▬ S1↑-▬▬ S2↑-▬▬

Рисунок 2.2.6. Переходный процесс при увеличении коэффициентов и

-▬▬ S1↓-▬▬ S2↓-▬▬

Рисунок 2.2.7. Переходный процесс при уменьшении коэффициентов и

2.2.3. Построение переходных процессов модели короткопериодического продольного движения самолета по приращению внешних возмущений, а так же по приращению импульсных внешних возмущений

Передаточные функции, полученные по модели короткопериодического движения самолета:

Построение переходных процессов:

-▬▬ -▬▬ -▬▬

Рисунок 2.2.8. Серия переходных процессов  модели короткопериодического движения по приращению возмущающего момента

-▬▬ -▬▬ -▬▬

Рисунок 2.2.9. Серия переходных процессов  модели короткопериодического движения самолёта по импульсному приращению возмущающего момента

-▬▬ -▬▬ -▬▬

Рисунок 2.2.10. Серия переходных процессов модели короткопериодического движения самолёта по приращению угла между вектором воздушной скорости и вектором путевой скорости  


2.2.4. Построение переходных процессов модели полного продольного движения самолета по приращению внешних возмущений, а так же по приращению импульсных внешних возмущений

Передаточные функции, полученные по модели полного продольного движения:

Построение переходных процессов:

-▬▬ -▬▬ -▬▬

Рисунок 2.2.11. Серия переходных процессов  модели полного продольного движения самолёта по приращению внешнего возмущающего момента МZ

-▬▬ -▬▬ -▬▬

Рисунок 2.2.12. Серия переходных процессов  модели полного продольного движения самолёта по импульсному приращению внешнего возмущающего момента МZ

-▬▬ -▬▬ -▬▬

Рисунок  2.2.13. Серия переходных процессов  модели полного продольного движения самолёта по приращению угла между вектором воздушной скорости и вектором путевой скорости

-▬▬ -▬▬ -▬▬

Рисунок  2.2.14. Серия переходных процессов  модели полного продольного движения самолёта по приращению угла между вектором воздушной скорости и вектором путевой скорости VB


2.2.5. Построение структурно-динамической схемы управления продольным траекторным движением

С учетом полученных результатов, в ходе вычисления характеристических уравнений схема, представленная на рис. 2.2.14., в программе MATLAB примет вид, представленный на рис. 2.2.15.

Рисунок 2.2.15. Структурно-динамическая схема управления продольным траекторным движением

Рисунок 2.2.16. Структурно-динамическая схема управления продольным траекторным движением, построенная в программной среде MATLAB

Построение переходных процессов для единичного ступенчатого управляющего воздействия:

Рисунок 2.2.17. Переходный процесс  модели продольного траекторного движения самолёта по приращению угла отклонения руля высоты

-▬▬-▬▬

Рисунок 2.2.18. Переходный процесс , модели продольного траекторного движения самолета по приращению угла отклонения руля высоты

-▬▬-▬▬

Рисунок 2.2.19. Переходный процесс , модели продольного траекторного движения самолета по приращению угла отклонения руля высоты

-▬▬-▬▬

Рисунок 2.2.20. Переходный процесс , модели продольного траекторного движения самолета по приращению угла отклонения руля высоты

Построение переходных процессов для единичного импульсного управляющего воздействия:

Рисунок 2.2.21. Переходный процесс  модели продольного траекторного движения самолета по приращению угла импульсного отклонения руля высоты

Рисунок 2.2.22. Переходный процесс  модели продольного траекторного движения самолета по приращению угла импульсного отклонения руля высоты

Рисунок 2.2.23. Переходный процесс  модели продольного траекторного движения самолета по приращению угла импульсного отклонения руля высоты

Рисунок 2.2.24. Переходный процесс  модели продольного траекторного движения самолета по приращению угла импульсного отклонения руля высоты

2.3. Самолет, как объект управления, в боковом движении

Провели моделирование бокового движения самолёта по всем передаточным функциям и получили серии переходных процессов по выходным параметрам самолёта . В качестве входного сигнала использовали ступенчатые единичные управляющие воздействия , а так же ступенчатые единичные и единичные импульсные воздействия внешних возмущений .

В процессе моделирования передаточной функции  по упрощенной модели движения самолета «рыскание-скольжение», оценили влияние коэффициентов  и на динамические и статические показатели переходного процесса .

В процессе моделирования передаточной функции  по упрощённой модели движения самолета «чистый крен», оценили влияние коэффициента  на динамические и статические показатели переходного процесса  .

2.3.1. Построение переходных процессов модели полного бокового движения самолета по приращению управляющих воздействий, а так же по импульсному приращению управляющих воздействий

Передаточные функции, полученные по модели полного бокового движения:


Построение переходных процессов:

-▬▬ -▬▬ -▬▬

Рисунок 2.3.1. Серия переходных процессов  полной модели бокового возмущённого движения самолёта по приращению угла отклонения руля направления

-▬▬ -▬▬ -▬▬

Рисунок 2.3.2. Серия переходных процессов  полной модели бокового возмущённого движения самолёта по импульсному приращению угла отклонения руля направления

-▬▬ -▬▬ -▬▬

Рисунок 2.3.3. Серия переходных процессов полной модели бокового возмущённого движения самолёта по приращению угла отклонения элеронов

-▬▬ -▬▬ -▬▬

Рисунок 2.3.4. Серия переходных процессов полной модели бокового возмущённого движения самолёта по импульсному приращению угла отклонения элеронов


2.3.2. Построение переходных процессов упрощенной модели бокового движения самолета по приращению внешних возмущений и управляющих воздействий, а так же по приращению импульсных внешних возмущений и управляющих воздействий

Для модели движения «рыскания-скольжения»:


Построение переходных процессов:

-▬▬ -▬▬ -▬▬

Рисунок 2.3.5. Серия переходных процессов  модели движения самолета «рыскание-скольжение» по приращению угла отклонения руля направления .

-▬▬ -▬▬ -▬▬

Рисунок 2.3.6. Серия переходных процессов  модели движения самолёта «рыскание-скольжение» по приращению возмущающего момента

-▬▬ -▬▬ -▬▬

Рисунок 2.3.7. Серия переходных процессов модели движения самолёта «рыскание-скольжение» по приращению угла между векторами воздушной и путевой скоростей

-▬▬  F1↑-▬▬ F2↑-▬▬

Рисунок 2.3.8. Переходный процесс при увеличении коэффициентов и

-▬▬  F1↓-▬▬ F2↓- ▬▬

Рисунок  2.3.9. Переходный процесс при уменьшении коэффициентов

Передаточные функции для модели движения «чистый крен»:


Построение переходных процессов:

-▬▬ -▬▬

Рисунок 2.3.10. Серия переходных процессов  модели движения самолёта  «чистый крен» по приращению угла отклонения элеронов

-▬▬ ↑-▬▬ ↓- ▬▬

Рисунок  2.3.11. Переходный процесс при увеличении и уменьшении коэффициента

-▬▬ -▬▬

Рисунок 2.3.12. Серия переходных процессов  модели движения самолёта «чистый крен» по приращению возмущающего момента

-▬▬ -▬▬

Рисунок 2.3.13. Серия переходных процессов  модели движения самолёта «чистый крен» по импульсному приращению возмущающего момента


2.3.3. Построение переходных процессов модели полного бокового движения самолета по приращению внешних возмущений, а так же по приращению импульсных внешних возмущений

Передаточные функции, полученные по модели полного бокового движения:


Построение переходных процессов:

-▬▬ -▬▬ -▬▬

Рисунок  2.3.14. Серия переходных процессов полной модели бокового возмущённого движения самолета, по приращению внешнего возмущающего момента

-▬▬ -▬▬ -▬▬

Рисунок  2.3.15. Серия переходных процессов полной модели бокового возмущённого движения самолета, по приращению внешнего импульсного возмущающего момента

-▬▬ -▬▬ -▬▬

Рисунок  2.3.16. Серия переходных процессов полной модели бокового возмущённого движения самолета, по приращению внешнего возмущающего момента

-▬▬ -▬▬ -▬▬

Рисунок 2.3.17. Серия переходных процессов полной модели бокового возмущённого движения самолета, по приращению внешнего импульсного возмущающего момента

-▬▬ -▬▬ -▬▬

Рисунок 2.3.18. Серия переходных процессов полной модели бокового возмущённого движения самолета, по приращению внешнего возмущающего момента

Все полученные модели движения самолета были сведены в обучающую программу, созданную на базе среды MATLAB. Полученная программа должна ускорить и улучшить качество процесса обучения.


3. ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ

В разделе приведена подробная инструкция пользования созданной модели движения «свободный самолет».

3.1. О работе в  MATLAB

Система MATLAB представляет собой язык программирования высокого уровня, предназначенный для инженерных и научных вычислений и создания средств моделирования различных устройств и систем. Базируется на алгоритмах матричных вычислений с выполнением операций над наборами векторов, что определяет основное отличие этой системы от других известных пакетов — MathCAD, Maple, Mathematika и других. За счет матричного и векторного представления данных разработчикам удалось существенно повысить скорость вычислений, экономно использовать ресурсы памяти и обеспечить высокую точность расчетов. В MATLAB реализован модульный принцип построения с широкими возможностями модификации и расширения, что подтверждает состав этого продукта, а именно: несколько десятков пакетов прикладных программ и более двух сотен приложений и расширений, богатейшая библиотека функций (свыше 800), а также огромный объем документации, насчитывающий десятки тысяч страниц.

Для удобства пользования вся система MATLAB поделена на разделы, наиболее общие из которых образовали ядро. Другие пакеты объединены или существуют индивидуально в виде так называемых Toolboxes. Особо следует выделить пакет Simulink, предназначенный для моделирования линейных и нелинейных динамических систем. Он базируется на принципах визуально ориентированного программирования с использованием моделей в виде комбинаций компонентов-блоков, путем соединения которых между собой составляются функциональные модели устройств и систем. При этом математическая модель, описывающая поведение такой системы, формируется и решается автоматически. Для исследователя Simulink создает массу возможностей, начиная от функционального представления устройства и вплоть до генерирования кодов, используемых для программирования микропроцессоров. Пакет Simulink вместе с пакетом расширения SimPowerSystems (в более ранних версиях — Power Systems Blockset) являются основой для изучения и исследования устройств силовой электроники и   автоматики.

3.2. Использование программы на базе MATLAB

Для начала работы запустите MATLAB. Как запустить MATLAB подробнее можно посмотреть в пункте 1.2. На экране откроется рабочая среда MATLAB, основными элементами которой являются:

  •  меню;
  •  панель инструментов с кнопками и раскрывающимся списком;
  •  окна с вкладками Workspace и Current Directory для просмотра переменных и установки текущего каталога;
  •  окно Command Window, служащее для ввода команд и вывода результата;
  •  окно Command History, предназначенное для просмотра и повторного выполнения раннее введенных команд (окно Command History может быть не пустым, если до этого пакет MATLAB использовался);
  •  строка состояния с кнопкой Start.

Для запуска программы во вкладке Current Directory установите каталог, в котором размещается данная программа (рис. 3.1).

Рисунок 3.2.1. Установка текущего каталога с программой

После этого введите в окне Command Window команду «start» и нажмите клавишу Enter (рис. 3.2.2.).

Рисунок 3.2.2. Запуск программы из рабочей среды MATLAB

При этом появится главное окно программы (рис. 3.3). Главное окно программы имеет три кнопки: «Продольное движение», «Боковое движение» и «Выход из программы». Кнопки «Продольное движение» и «Боковое движение» расположены на панели «Категории исследования». При нажатии кнопки «Продольное движение» осуществляется переход в меню исследования моделирования движения самолета в продольном канале, при нажатии кнопки «Боковое движение» соответственно осуществляется переход в меню исследования моделирования движения самолета в боковом канале, при нажатии кнопки «Выход из программы» осуществляется выход из меню исследования и происходит закрытие программной оболочки MATLAB.  Для работы с экспериментами по продольному движению самолета необходимо в главном меню программы (рис. 3.2.3.) нажать кнопку «Продольное движение».

Рисунок 3.2.3. Главное меню программы

При этом откроется окно исследования модели продольного движения самолета (рис. 3.2.4.). Данное окно программы имеет шесть кнопок: «Модель продольного короткопериодического движения самолета», «Модель полного продольного движения самолета», «Внешние возмущения в модели продольного движения самолета», «Внешние импульсные возмущения в модели продольного движения самолета», «Структурно-динамическая схема управления продольным траекторным движением» и «Возврат в главное меню». При нажатии кнопки «Модель продольного короткопериодического движения самолета» осуществляется переход в меню исследования устойчивости короткопериодического движения самолета, при нажатии кнопки «Модель полного продольного движения самолета», соответственно,  осуществляется переход в меню исследования полной модели продольного движения, при нажатии кнопки «Возврат в главное меню»- выполняется возврат к основному окну программы.  Для работы с экспериментами по короткопериодическому движению самолета необходимо в меню продольного движения (рис. 3.2.4.) нажать кнопку «Модель продольного короткопериодического движения самолета».

Рисунок 3.2.4. Меню модели продольного движения самолета

При этом откроется окно исследования модели короткопериодического движения самолета (рис. 3.2.5.) 

Рисунок 3.2.5. Окно исследования модели короткопериодического движения самолета

В данном окне изображена панель исследования модели короткопериодического движения самолета, которая включает в себя раскрывающийся список с наименованием моделей и кнопку «Старт модели». При выборе модели из раскрывающегося списка в области «Описание исследования» отображаются подробности данного опыта (рис. 3.2.6.).

Рисунок 3.2.6. Выбор модели из раскрывающегося списка

Щелчок мышью на кнопку «Старт модели» приводит к открытию модели и запуску моделирования выбранного эксперимента (рис. 3.2.7.).

Рисунок 3.2.7. Модель продольного короткопериодического движения

При нажатии кнопки , обведенной красным цветом на рис. 3.2.7, происходит запуск модели. Установить желаемое время наблюдения можно в окне, которое находится рядом с кнопкой запуска модели. Чтобы посмотреть графики переходных нужно двойным нажатием левой кнопки мыши открыть осциллограф . На экране появляется окно модели с графиками переходных процессов (рис. 3.2.8.).

Для автоматической установки масштаба по обеим осям, необходимо нажать кнопку во вкладках окна осциллографа.

Рисунок 3.2.8. Графики переходных процессов

Также в окне исследования модели короткопериодического движения самолета имеются три кнопки «Выход», «Библиотека» и «Назад». Кнопка «Выход» предназначена для выхода из меню исследования и закрытия программной оболочки MATLAB. Нажатие на кнопку «Библиотека» приводит к открытию библиотеки моделей элементов, которые могут быть использованы при построении новой модели (рис. 3.2.9.). При нажатии на кнопку «Назад» происходит возврат в меню модели продольного движения самолета (рис. 3.2.4.).

Рисунок 3.2.9. Окно библиотеки элементов

Если требуется посмотреть или изменить параметры блока, то необходимо дважды щелкнуть левой клавишей мыши, указав курсором на изображение блока. Откроется окно редактирования параметров данного блока. При вводе численных параметров следует иметь в виду, что в качестве десятичного разделителя должна использоваться точка, а не запятая. После внесения изменений нужно закрыть окно кнопкой «ОК». Можно также, не закрывая окна, воспользоваться кнопкой «Apply» для сохранения изменений.

3.3. Редактирование моделей исследования и создание новых

Все модели программы выполнены на базе  MATLAB Simulink, которая дает возможность редактировать элементы, вносить изменения в схемы создавать новые для более глубокого исследования систем автоматического управления

Библиотека Simulink содержит блоки, в основном ориентированные на моделирование конкретных устройств в виде функциональных схем. В нее входят источники сигналов, масштабирующие, линейные и нелинейные блоки, квантователи, интеграторы, дифференциаторы, измерители и т. д.

Запуск пакета Simulink

  Работа с пакетом Simulink начинается с запуска системы MATLAB с помощью выведенного на «Рабочий стол» ярлыка (см. рисунок), либо через кнопку на панели задач Пуск/Программы/MATLAB (здесь и ниже через косую черту указывается последовательность нужных пунктов или действий в меню, подменю и т. д.). В результате открывается окно (рис. 3.3.1.), содержащее:

• название окна — MATLAB (в предыдущих версиях окно называлось командным — MATLAB Command Window);

• панель меню File, Edit, View, Web, Window, Help (на рис. 3.3.1. эти пункты меню обозначены номерами от 1 до 6);

• панель инструментов, на которой расположены известные в большинстве своем кнопки, но среди них имеется кнопка , отмеченная на рис. 3.3.1. номером 7 и имеющая всплывающую подсказку Simulink;

• наборное поле командного окна;

Рис. 3.3.1. Командное окно системы MATLAB 7.12.0

Запуск пакета Simulink осуществляется одним из следующих способов:

с помощью упомянутой кнопки 7 на панели инструментов (при этом вызывается окно браузера, называемое также окно обозревателя библиотеки — Simulink Library Browser);

набором в строке командного окна слова Simulink (также вызывается окно браузера);

последовательным выбором пунктов меню File/New/Model (открывается окно для создания S- или SPS-модели);

с помощью кнопки открытия документа на панели инструментов (вызывается окно с построенной ранее моделью, сохраненной в виде mdl-файла).

Последний из перечисленных способов следует применять для запуска отлаженной модели, в которую не требуется добавлять какие-либо блоки. Сразу отметим, что под S-моделью понимается модель, созданная в Simulink, а под SPS-моделью — модель, созданная в SimPowerSystems. Основные манипуляции в процессе работы осуществляются с помощью левой кнопки мыши (в дальнейшем — ЛК мыши). Использование правой кнопки мыши (ПК мыши) будет оговариваться особо. Открывать окно браузера нужно в тех случаях, когда либо создается новая модель, либо в имеющуюся модель добавляются новые блоки из библиотеки.

Окно браузера библиотеки Simulink (рис. 3.3.2., сверху вниз) содержит:

• панель с названием окна — Simulink Library Browser;

• панель меню;

• панель инструментов с кнопками;

• окно с названием выбранного раздела библиотеки;

• левое окно со списком разделов библиотеки (содержание окна на рис. 3.3.2. выведено частично, не в полном объеме из-за ограниченности размера по вертикали);

• правое окно для вывода содержания открытого раздела или подраздела библиотеки в виде пиктограмм;

• строку состояния окна.

Рис. 3.3.2. Окно браузера (обозревателя) библиотеки Simulink

При вызове окна браузера автоматически открывается раздел библиотеки Simulink в левой (подстрочное подменю в виде дерева) и правой (пиктограммы подразделов) частях окна. Заметим, в нижнем отделе списка левой части окна имеется строка с названием раздела SimPowerSystems. С разделами в левой части правила работы общие для подобных списков: в пиктограмме свернутого узла дерева знак «+», а у развернутого «-». Щелчком ЛК мыши по указанному знаку можно развернуть или свернуть узел дерева.

На панели меню окна браузера имеются 4 меню (рис. 3.3.2.):

  1.  File (Файл) — работа с файлами библиотеки: создание новой модели, открытие или закрытие mdl-файла.
  2.  Edit (Редактирование) — добавление блоков в выделенную модель и их поиск по указанному названию.
  3.  View (Вид) — управление показом элементов интерфейса.
  4.  Help (Помощь) — вызов справки по окну браузера.

Кнопки, располагающиеся на панели инструментов окна браузера:

Create a new model — Создать новую модель (открыть окно модели).

Open a model — Открыть одну из ранее созданных и сохраненных моделей.

Stay on top — Расположить окно браузера поверх других открытых окон.

Find — Найти блок, название которого набирается в расположенном справа от кнопки текстовом поле (допустимо набирать первые несколько символов названия).

Основные разделы библиотеки Simulink

Дадим краткую информацию о содержимом библиотеки Simulink. Откроем окно MATLAB и кнопкой В вызовем окно браузера Simulink Library Browser (рис.3.3.2.). В правой части окна расположены пиктограммы разделов Simulink.

Continuous — блоки аналоговых (непрерывных) сигналов.

Discontinuous — блоки нелинейных элементов.

Discrete — блоки дискретных (цифровых) сигналов.

Look-Up Tables — блоки для формирования таблиц.

Math Operations — блоки для реализации математических операций.

Model Verification — блоки для проверки параметров сигналов.

Model-Wide Utilities — подраздел дополнительных утилит.

Port&Subsystems — порты и подсистемы.

Signal Attributes — блоки для изменения параметров сигналов.

Signal Routing— блоки, определяющие маршруты сигналов.

Sinks — приемники и измерители сигналов.

Sources — источники сигналов.

User-Defined Function — функции, задаваемые пользователем.

Рассмотрим основные блоки библиотеки Simulink, которые в дальнейшем будут использоваться при построении моделей движения самолета. Вызовем последовательно из окна браузера Simulink Library Browser библиотеку Simulink и раздел Sources. Sources — источники сигналов.

Генератор синусоидального напряжения Sine Wave

Пиктограмма генератора синусоидального напряжения.

Назначение — получение сигнала синусоидальной формы с заданной частотой, амплитудой, фазой и смещением.

Окно параметров блока (рис. 3.3.3.), вызываемое двойным щелчком ЛК мыши по пиктограмме генератора, содержит:

• панель названия с краткими комментариями по назначению блока;

• параметры;

•панель кнопок.

Рисунок 3.3.3 Окно параметров генератора синусоидального напряжения

Осциллограф Scope

Пиктограмма осциллографа.

Назначение — построение временных диаграмм сигналов.

Окно для наблюдения за сигналами (окно осциллограммы) открывается двойным щелчком ЛК мыши по пиктограмме Scope, что выполняется на любой фазе моделирования. Такое окно с осциллограммой прямоугольных импульсов показано на рис. 3.3.4 а. Для настройки этого окна используются кнопки панели инструментов (рис. 3.3.4 б.):

  1.  Print — печать содержимого окна осциллограмм.
  2.  Parameters — вызов окна настройки параметров.
  3.  Zoom — увеличение масштаба по обеим осям.
  4.  Zoom X-axis — увеличение масштаба по горизонтальной оси.
  5.  Zoom Y-axis — увеличение масштаба по вертикальной оси.
  6.  Autoscale — автоматическая установка масштаба по обеим осям.
  7.  Save current axes settings — сохранение текущих настроек окна.
  8.  Restore saved axes settings — установка ранее сохраненных настроек окна.
  9.  Floating scope — перевод осциллографа в изменяющийся режим.
  10.  Lock/Unlock axes selection — закрепить/разорвать связь между текущей координатной системой окна и отображаемым сигналом (при включенном режиме Floating scope).
  11.  Signal selections — выбор сигнала для отображения (при включенном режиме Floating scope).

  

Рисунок 3.3.4. Осциллограф

Единичный ступенчатый сигнал Step

Пиктограмма сигнала

Назначение - имитация единичных ступенчатых сигналов.

Дает возможность создать единичный сигнал, действующий определенное время и с определенной силой. В окне параметров блока (рис. 3.3.5.), вызываемое двойным щелчком ЛК мыши по пиктограмме элемента, можно настроить требуемые значения:

Step time- время действия сигнала;

Initial value- начальное значение сигнала;

Final value- конечное значение сигнала.

Если поставить начальное значение сигнала 1, а конечное 0, то можно имитировать импульсный сигнал

Рисунок 3.3.5. Окно параметров единичного ступенчатого сигнала

Transfer fcn

Пиктограмма функции

Дает возможность построения передаточных функций. В окне параметров блока (рис. 3.3.6.) можно настроить требуемые значения:

Numerator coefficients- коэффициенты числителя;

Denominator coefficients- коэффициенты знаменателя;

Значения коэффициентов записываются в квадратных скобках, через пробел. Следует отметить, что дробная часть должна отделяться точкой, а не запятой.

Рисунок 3.3.6. Окно параметров функции


3.4 Метрологическая экспертиза

3.4.1. Экономическое обоснование необходимости разработки программы для проведения лабораторных работ выполнено в разделе 5.

3.4.2 Задаваемые технические параметры для использования системы моделирования соответствуют действительным. Требования к точности и условиям выполнения расчетов соблюдаются.

Результаты, полученные при использовании системы моделирования, выполняются с точностью 110-4. Условием получения достоверных результатов, является правильный расчет параметров, обеспечивающих коррекцию показателей управляемости самолета.

3.4.3. Требования к показателям надежности программного обеспечения выполнены.

Возможно сохранение составленных схем и полученных данных в процессе работы на жестком диске персонального компьютера, а также на электронных носителях (CD).

3.4.4. Обеспечение в ходе использования системы моделирования возможности контроля характеристик управляемости самолета.

- построение переходных процессов модели;

- представление результатов расчёта в графической  форме;

- сохранение результатов;

- сохранение полученных графиков;

3.4.6. Обеспечение соблюдения правил безопасности труда рассмотрены в разделе 6.

3.4.7. Вопрос безопасности полетов рассмотрен в разделе 4.

3.4.8. Оформление пояснительной записки соответствует стандарту.

4. ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ

4.1. Задачи моделирования движения самолета

На этапе эксплуатации летательных аппаратов реализуется заложенная в конструкции безопасность полетов. Современные самолеты достаточно устойчивы в продольном и боковом движениях к внешним возмущениям окружающей среды. Но огромную роль в обеспечении безопасности полетов имеет место человеческий фактор. Если в середине прошлого столетия бóльшая часть авиационных происшествий происходила из-за технических факторов, связанных с недостаточной проработкой элементов воздушного судна, то в нашем веке порядка 80% катастроф происходит по вине самих же людей.

Роль человеческого фактора в угрозе обеспечении БП  можно определить как нарушения, ошибочные действия или бездействие лиц, связанных с организацией, подготовкой, выполнением и обеспечением полетов. Результаты   исследований  показывают,   что  в   некоторых    случаях ошибок, приведших к возникновению авиационных происшествий,     можно     было     избежать     при     наличии   профессионального    высокоэффективного    отбора    летного состава и специалистов по обслуживанию ВС.

Поэтому сейчас делается большая ставка на квалификацию персонала. Повысить качественные навыки и улучшить знания в современной системе обучения помогают различные тренажеры, видеоматериалы, качественные наглядные пособия, а так же, наряду с вышеперечисленными способами ведения учебного процесса, стоит компьютерное моделирование желаемого процесса. Современные компьютеры уже совсем не похоже на те ЭВМ, которые, еще пару десятков лет назад, могли занимать пол комнаты. Существуют различные симуляторы с детальной проработкой множества моделей самолетов. Сидя у себя дома можно запросто почувствовать себя пилотом межконтинентального Boeing 747.  В таких программах делается ставка на моделирование движения самолета максимально приближенному к реальному, что, возможно, в будущем поможет избежать непредвиденных ситуаций в полете.

С помощью различных математических программ и приложений можно  наглядно оценить поведение самолета на всех этапах полета. Собственное движение самолета в пространстве состояний описывается системой из четырнадцати уравнений с четырнадцатью неизвестными. При создании  такой обширной модели движения самолета можно оценить характер изменения во времени любых параметров движения, что позволяет понять сущность вопроса, связанного с полетом самолета. Моделирование позволяет определить сможет ли система функционировать при таких условиях или нет.

Различают два типа экспериментов:

  1.  Пассивный, когда исследователь наблюдает процесс, не вмешиваясь в него;
  2.  Активный, когда наблюдатель вмешивается и организовывает прохождение процесса.

Поэтому, моделирование движения воздушного судна - один из методов, которые используются при проектировании и исследовании летательных аппаратов. Моделирование осуществляется через эксперимент - процедуру организации и наблюдения каких-нибудь явлений, которые осуществляются в условиях, близким к действительным, или имитируют их.

Также моделирование движения самолета дает детальную картину поведения воздушного судна при воздействии внешних возмущений, что в лабораторных условиях, максимально приближенным к безопасным,  позволяет выяснить, как поведет себя автоматика, насколько самолет устойчив в таких условиях. С легкостью можно имитировать возмущения, которые достаточно непросто получить в реальных условиях, такие как постоянно увеличивающаяся нагрузка или единичный сигнал, заданной продолжительности и силы, а так же постоянно повторяющиеся импульсные воздействия.

Вообще трудно представить самолет без ранее созданного прообраза. Любые испытания и проверки каждого воздушного судна проводятся на его модели, будь то небольшой образец для  аэродинамической трубы, в которой проверяются параметры обтекания твердых тел или же какая то отдельная часть летательного аппарата, для проверки термо, виброустойчивости, а так же в условиях, максимально приближенных к полету.

Моделирование движения самолета целесообразно проводить с экономической точки зрения. Так создание программ или приложений с готовыми образцами летательных аппаратов позволяет значительно сократить учебный процесс или же отдавать это время на другие предметы. Каждый студент может самостоятельно изучать интересующие его вопросы, касающиеся основных параметров полета не только в университете, во время отведенных на это учебных часов, но и дома, что напрямую повышает его личные качества и уровень его знаний. И возможно в будущем такой специалист предотвратит авиационное происшествие и компания, организующая перевозки, не понесет ущерб, что будет являться балансной прибылью, получение которой показывает целесообразность и практичность создания различных моделей движения самолета и изучения всех возможных ситуаций по этим формам.

4.2. Условия и ограничения при моделировании

При создании и моделировании самолета всегда стоит помнить, что речь идет о человеческой жизни, ведь при несчастном случае речь уже пойдет не о потерянных деньгах, а о потерянных жизнях. Поэтому конструкторы и разработчики достаточно серьезно подходят к вопросу безотказной работы всей системы в целом, чтобы максимально снизить технический фактор авиационных происшествий.

В момент разработки модели самолета создатели сталкиваются с серьезным вопросом… Воздушное судно- это очень сложное техническое средство весом много тонн, которое должно оторваться от земли. Следовательно, его массу нужно сделать минимальной, но при этом не забыть о безопасности полета. Главным условием моделирования полета самолета является возможность предвидеть любой отказ, будь то элемент, который лишь косвенно влияет на характер движения летательного аппарата или целая система, которая является основополагающей в режиме движения самолета.

Любая деталь имеет свойство отказывать и пусть у некоторых наработка до отказа больше, у некоторых меньше, но все же это имеет месть быть. Именно поэтому все жизненноважные системы воздушного судна имеет двойную или даже тройную систему резервирования, а  каждый элемент имеет двойной запас прочности по сравнению со штатными летными нагрузками. Радикальным методом, обеспечивающим безопасность полета, является резервирование автоматов устойчивости и управляемости. Отклонение характеристик устойчивости и управляемости воздушного судна от заданных существенно влияют на безопасность полетов. Следовательно, авиационному персоналу необходимо знать допустимые параметры автоматов, чтобы исключить случаи снижения обслуживания данных участков, так как некачественное и несвоевременное обслуживание автоматов устойчивости и управляемости может привести к непоправимым последствиям.

Если самолет обладает неудовлетворительными характеристиками устойчивости и управляемости или эти характеристики существенно меняются по режимам полета, возникает задача их улучшения с помощью соответствующих автоматических средств.

Резервирование элементов и запас прочности, конечно, значительно увеличивают массу самолета и расход топлива, но безопасность в таких случаях ставится на первое место.

Ограничением моделирования движения самолета являются условия, которые практически невозможно воспроизвести на земле. К ним можно отнести разгерметизацию салона, экстренную посадку на водную поверхность или падение летательного аппарата в «плоском штопоре». В этих случаях все зависит только от мастерства и профессионализма командира воздушного судна.

4.3. Использование результатов исследования моделей при сертификации воздушно судна

Сертификация гражданских воздушных судов, авиационных двигателей и воздушных винтов нового типа проводится в соответствии с федеральными авиационными правилами, устанавливающими требования и процедуры сертификации. Каждое гражданское воздушное судно, авиационный двигатель и воздушный винт в процессе серийного производства проходит в установленном порядке испытания и проверки, завершающиеся выдачей гражданскому воздушному судну сертификата летной годности.

Моделирование движения самолета, а так же моделирование испытаний и проверок позволяют затратить гораздо меньше времени на сертификацию. При компьютерном и опытном моделировании могут выявиться недостатки и неисправности, которые в будущем могли бы значительно приостановить прохождение необходимых процедур.

При сертификации летательного аппарата необходимо предоставить информацию о техническом состоянии авиационной техники и об особенностях ее будущей эксплуатации. Предварительное создание качественных моделей самолета значительно увеличивается достоверность результатов. Процедура сертификации и испытания воздушного судна пройдет быстрее при использовании моделей, с учетом полученных достаточно достоверных результатов.

4.4. Краткое содержание предложения дипломной работы

Технический прогресс и инновации в области гражданской авиации потребовал нового подхода к изучению авиационного оборудования. Поэтому в процессе обучения в МГТУ ГА студенты 4 - 5 курсов изучают предметы «Автоматика и Управление» и «Системы автоматического управления полетом», которые рассматривают в своем курсе динамические процессы при свободном продольном и боковом движении самолета на основе математических моделей и их характеристик, определяет структуру и параметры элементов,  которые должны обеспечивать требуемые свойства и качество процесса управления, а также динамику модели движения «свободный самолет».

В целях   сокращения времени и трудозатрат на обучение, а также наглядной оценки влияния ступенчатых единичных управляющих воздействий, а так же ступенчатых единичных и единичных импульсных воздействий внешних возмущений на выходные параметры продольного и бокового движения самолёта  предложено разработать систему моделирования движения «свободного самолета».

. Основную часть проекта занимает вопрос создания и исследования  виртуальных моделей, в среде   «MATLAB»:

  1.  Самолет, как объект управления в продольном движении, с детальной проработкой разделов:

- Полная продольная модель движения самолета,

- Модель короткопериодического движения самолета, оценка влияния, коэффициентов характеристического уравнения на вид переходного процесса,

- Внешние возмущения в полной продольной модели движения самолета,

-Импульсные внешние возмущения в полной продольной модели движения самолета.

  1.  Самолет, как объект управления в боковом движении, с детальной проработкой разделов:

- Полная боковая модель движения самолета,

- Модель движения самолета «рыскания-скольжения», оценка влияния, коэффициентов характеристического уравнения на вид переходного процесса,

- Модель движения самолета «чистый крен»,

- Внешние возмущения в полной боковой модели движения самолета,

- Импульсные внешние возмущения в полной боковой модели движения самолета.

Для каждого случая составлена структурная схема и график переходного процесса, произведена оценка характера процесса, изучена амплитуда и время затуханий.

Также рассмотрены вопросы технической эксплуатации, экологической и экономической целесообразности внедрения системы  в процесс обучения.

4.5. Повышение эффективности подготовки студентов. Ускорение адаптации  выпускников на производстве и повышение БП

В настоящее время для проведения визуального математического модели «свободный самолет»  используется программа "Mars". Данная программа рассмотрена и одобрена для процесса обучения в 2001 году.

В условиях прогресса и все большего совершенствования компьютерной техники встает острая необходимость по обновлению лабораторного программного обеспечения. Целью данного дипломного проекта является разработка системы моделирования движения самолета, а именно модели «свободный самолет», которая произведена  в визуальной оболочке «MATLAB», отвечающей основным требованиям существующей компьютерной базы нашего университета.

В отличие от программы «Mars» программа «MATLAB» проста в использовании, имеет удобный интерфейс, большую библиотеку элементов.

С помощью этой программы возможно:

- построение любых схем моделей из предлагаемых элементов;

- устанавливать дополнительных пользовательских библиотек;

- задание параметров интегрирования модели и параметров элементов схемы;

- печать графиков и схемы модели;

- работа программы с другими приложениями;

- обучаться с помощью встроенного режима;

- масштабировать блок-схемы;

Исходя из вышеперечисленных возможностей, можно сделать вывод об эффективности и качестве процесса проведения работы, усвоения изложенного материала, наглядного отображения полученных результатов.

Также уменьшается время, отведенное на выполнение лабораторной работы, ввиду увеличения скорости ввода и обработки информации. Поэтому остается больше времени на изложение или усвоение теоретической части.

При внедрении разработанной системы моделирования движения свободного самолета, обучающийся будет иметь представление о принципах построения и расчета переходных процессов, о свойствах коэффициентов характеристического уравнения, а также представление об оценке влияния средств коррекции самолета на показатели устойчивости и управляемости, влияющих на безопасность полетов.

Лабораторная работа,  выполненная посредством разработанной обучающей программы на базе MATLAB дает возможность сравнить результаты теоретических расчетов, с результатами, полученными при моделировании в обучающей программе переходных процессов модели «свободный самолет», выбрать наиболее удовлетворяющие условиям показатели, согласно области оценки продольной (боковой) управляемости, которые по своим характеристикам оказывают большое влияние на увеличение безопасности полетов.


5. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

5.1. Расчет затрат на создание программного обеспечения

Определим общие капитальные вложения КОБЩ:

∑КОБЩ1234,

где К1ЧАСТМАШ,

где КЧАС- себестоимость одного часа работы ЭВМ (рублей/час)

Тмаш=150- затраты машинного времени на отладку и опытную эксплуатацию программного обеспечения (ПО) (часов).

,

Где - общие затраты на эксплуатацию ЭВМ (рублей),

ФД- действительный годовой фонд работы ЭВМ (часов).

ФД= 288∙ФСУТ,

где ФСУТ- среднесуточная загрузка ЭВМ (часов).

Теперь определим общие затраты на эксплуатацию ЭВМ:

,

где  - основная и дополнительная заработная плата персонала, эксплуатирующего ЭВМ с отчислениями на социальное страхование с учетом затрат времени на эксплуатацию всего набора программных продуктов, представленных в ЭВМ (рублей);

- затраты на амортизацию механических средств, необходимых для эксплуатации всего набора программных продуктов, представленных в ЭВМ (рублей);

и  - стоимость материалов и электроэнергии, необходимых для эксплуатации всего набора программных продуктов представленных в ЭВМ в течение года (рублей);

- затраты на текущий и профилактический ремонт технических средств, используемых для эксплуатации всего набора программных продуктов, представленных в ЭВМ (рублей);

Рассчитаем заработную плату персонала:

,

где n- численность работников i-ой категории (человек);

- среднемесячная заработная плата работников i-ой категории (рублей);

ϒ=1- доля рабочего времени, затрачиваемого работником i-ой категории на эксплуатацию ПМО;

η=1,34- коэффициент, учитывающий дополнительную заработную плату и отчисления на социальное страхование.

Примем, что n=1, так как для обслуживания ПО, предоставленного в ЭВМ достаточно одного оператора.

Среднемесячная зарплата оператора ЭВМ = 10000 рублей, тогда получим:

Вычислим расходы на амортизацию:

,

Где ак.тс.- норма амортизационных отчислений технических средств;

- оптовая цена единицы io типа оборудования, используемого при эксплуатации ПО (рублей);

- количество единиц оборудования io типа (штук);

- коэффициент, учитывающий стоимость приобретения вспомогательного оборудования и инвентаря.

Примем, что:

ак.тс.=0,2;

=25000 руб. (ноутбук HP PAVILION G6 22500 руб. + принтер SAMSUNG ML-1677 2500 руб.);

=1;

=0,1;

=0,1;

Получим:

Стоимость расходных материалов:

,

где 0,02- доля стоимости расходных материалов.

Получим:

Учтем затраты на текущий и профилактический ремонт:

Посчитаем затраты на электроэнергию:

где КЭ1- затраты на электроэнергию, требуемую, для работы ЭВМ,

КЭ2- затраты на электроэнергию, требуемую для освещения рабочего места.

Рассчитаем затраты на электроэнергию, требуемую, для работы ЭВМ:

где М суммарная мощность ЭВМ (кВт).

- требуемый для эксплуатации всех ЭВМ годовой фонд времени (он равен ФД=288∙8=2304 часов).

- коэффициент интенсивности использования ЭВМ по мощности.

- стоимость одного кВтч электроэнергии (рублей).

Найдем суммарную мощность, потребляемую ЭВМ:

где   кВт- мощность, потребляемая ЭВМ;

кВт- мощность, потребляемая принтером;

Получим М=0,1+0,02=0,12 кВт.

Рассчитаем затраты на электроэнергию, требуемую для освещения рабочего места:

где  кВт- мощность, лампочек освещения в комнате,

- требуемый для эксплуатации всех ЭВМ годовой фонд времени (он равен ФД=288∙8=2304 часов).

- стоимость одного кВтч электроэнергии (рублей).

Теперь найдем общие затраты на эксплуатацию ЭВМ:

160800+5445+545+1296+1125=169179 руб.

Исходя из этого значения, можно найти стоимость одного часа работы ЭВМ:

Теперь можно найти производственные затраты на создание ПО:

где m=300- число команд в программе;

-норма трудоемкости на одну программу (час/ком);

ЗЧАС- средняя часовая заработная плата одного инженерно - технического работника разрабатывающего ПО (руб/час);

Н=0,9- коэффициент, учитывающий премии, отчисления на социальное страхование и накладные расходы.

Расчет производственных затрат на создание методического пособия по работе ПО:

К3=nk,

где n=100- необходимый тираж методического пособия,

к=70- стоимость изготовления одной единицы методического пособия (руб.)

К3=80∙60=4800 руб.,

К4=25000- стоимость компьютера и принтера.

5.2 Расчет чистой прибыли

ПЧБАЛ-НП,

Балансовая прибыль получается за счет снижения процесса обучения, при внедрении программы в процесс обучения, т.е. эксплуатационных расходов, и определяется по формуле:

ПБАЛ=ΔРЭКСПЛ,

где ΔРЭКСПЛ - снижение эксплуатационных расходов.

5.2.1 Расчет затрат на процесс обучения в настоящее время:

КНАСТЛЕКЛАБСЕМ,

где КЛЕК- затраты на прочтение лекций по курсу «Движение свободного самолета» (руб.),

КЛАБ- затраты на проведение лабораторных работ по курсу «Движение свободного самолета» (руб.),

КСЕМ- затраты ан проведение семинаров по курсу «Движение свободного самолета» (руб.).

Рассчитаем затраты на прочтение лекций:

КЛЕКЗПЭ,

где КЗП- заработная плата преподавателя (руб.),

КЭ- затраты на электроэнергию (руб.);

КЗП= n∙2∙КЗПi∙(1+β),

где n=36- количество лекций по курсу,

КЗПi=300- стоимость одного академического часа, оплачиваемого преподавателю i-ой категории (руб/час),

β=0,34- коэффициент отчисления заработной платы.

КЗП=36∙2∙300∙(1+0,34)=28944 руб.

Рассчитаем затраты на электроэнергию требуемую для освещения лекционной аудитории:

КЭ=0,5∙(n∙1,5∙М∙s∙ЦЭ),

где n 36- количество лекций по курсу,

М=0,05- потребляемая мощность люминесцентной ламы (кВт),

s=50- количество ламп в лекционной аудитории,

ЦЭ=3,8- стоимость одного кВтч электроэнергии (рублей).

Примечание: затраты на электроэнергию поделены пополам, т.к. в среднем половина лекций проводится в светлое время суток и освещение не требуется.

КЭ=0,5∙36∙1,5∙0,05∙50∙3,8=256 руб.

КЛЕК=28944+256=29200 руб.

Стоимость проведения одной лекции:

К1ЛЕК=

Расчет затрат на проведение лабораторных работ:

КЛАБЗПЭ,

где КЗП- заработная плата преподавателя (руб.),

КЭ- затраты на электроэнергию (руб.);

Рассчитаем заработную плату преподавателя:

КЗП= n∙4∙КЗПi∙(1+β),

где n=10- количество лабораторных работ по курсу,

КЗПi=300- стоимость одного академического часа, оплачиваемого преподавателю i-ой категории (руб/час),

β=0,34- коэффициент отчисления заработной платы.

КЗП=10∙4∙300∙(1+0,34)=16080 руб.

Рассчитаем затраты на электроэнергию:

КЭОСВКОМП,

где КОСВ- затраты на электроэнергию, требуемую для освещения лаборатории (руб.),

ККОМП- затраты на электроэнергию, требуемую для работы всех ЭВМ в лаборатории (руб.).

КОСВ=0,5∙(n∙3∙М∙s∙ЦЭ),

где 3-средняя продолжительность лабораторной работы (час),

n=10-количество лабораторных работ по курсу,

М=0,05- потребляемая мощность люминесцентной ламы (кВт),

s=25- количество ламп в лекционной аудитории,

ЦЭ=3,8- стоимость одного кВтч электроэнергии (рублей).

Примечание: затраты на электроэнергию поделены пополам, т.к. в среднем половина лекций проводится в светлое время суток и освещение не требуется.

КОСВ=0,5∙10∙3∙0,05∙25∙3,8=72 руб.

Рассчитаем затраты на электроэнергию, требуемую для работы всех ЭВМ в лаборатории:

ККОМП= n∙3∙М∙s∙ЦЭ,

где n= 10- количество лабораторных работ по курсу,

М=0,5- потребляемая мощность одной ЭВМ (кВт),

s=10- количество ЭВМ в лаборатории,

ЦЭ=3,8- стоимость одного кВтч электроэнергии (рублей).

ККОМП=10∙3∙0,5∙10∙3,8=570 руб.

КЭ=72+570=642 руб.

КЛАБ=16080+642=16772 руб.

Стоимость проведения одной лабораторной работы:

К1ЛАБ=

Рассчитаем затраты на проведение семинаров:

КСЕМЗПЭ,

где КЗП- заработная плата преподавателя (руб.),

КЭ- затраты на электроэнергию (руб.);

Рассчитаем заработную плату преподавателя:

КЗП= n∙2∙КЗПi∙(1+β),

где n=16- количество семинаров по курсу

КЗП=16∙2∙300∙(1+0,34)=12864 руб.

Рассчитаем затраты на электроэнергию требуемую для освещения аудитории:

КЭ=0,5∙(n∙1,5∙М∙s∙ЦЭ),

где n=16- количество семинаров по курсу,

М=0,05- потребляемая мощность люминесцентной ламы (кВт),

s=25- количество ламп в лекционной аудитории,

ЦЭ=3,8- стоимость одного кВтч электроэнергии (рублей).

Примечание: затраты на электроэнергию поделены пополам, т.к. в среднем половина лекций проводится в светлое время суток и освещение не требуется.

КЭ=0,5∙16∙1,5∙0,05∙50∙3,8=115 руб.

КСЕМ=12864+115=12980 руб.

Стоимость проведения одного семинара:

К1СЕМ=

Рассчитаем затраты на процесс обучения в настоящее время:

КНАСТ=29200+16772+12980=58952 руб.

5.2.2 Расчет затрат на процесс обучения, при внедрении нового ПО:

При внедрении нового ПО нам потребуется в полтора раза меньше лекционных, лабораторных и семинарских часов.

КБУД=NЛ∙К1ЛЕК+NЛАБ∙К1ЛАБ+NСЕМ∙К1СЕМ,

где NЛ=24- количество лекций, требуемых для освоения материала, после внедрения нового ПО,

NЛАБ=7- количество лабораторных работ, требуемых для освоения материала, после внедрения нового ПО,

NСЕМ=11- количество семинаров, требуемых для освоения материала, после внедрения нового ПО,

К1ЛЕК-стоимость проведения одной лекции (руб.)

К1ЛАБ-стоимость проведения одной лабораторной работы (руб.)

К1СЕМ-стоимость проведения одного семинара (руб.)

КБУД=24∙811+6∙1677+10∙811=37636 руб.

Предположим, что за 10 лет работы студент, обучившийся по новой программе, предотвратил АП, которое могло бы нанести ущерб в 500000 руб, что будет являться балансной прибылью,  или в среднем 50000 в год. Тогда

ПБАЛ=(58952-37636)+50000=71316 руб.

5.2.3 Расчет чистой прибыли

ПЧИСТБАЛ-НП,

где НП=24%- налог на прибыль,

НП=ПБАЛ∙0,24=713160,24=17115 руб.,

ПЧИСТ=71316-17115=54201 руб.

5.3 Расчет чистого дисконтированного дохода (NPV)

Расчет NPV за один год:

где ∑КОБЩ- общие капитальные вложения (руб.),

ПЧИСТ- чистая прибыль (руб.),

r=0,1- коэффициент дисконтирования;

Расчет NPV за три года:

 

Рисунок 5.1. График окупаемости

Как видно из графика ТОК=0,9 лет.


5.4 Оценка экономической эффективности

Количественные показатели

№ п/п

Показатели

Условное обозначение

Единица

измерения

Значение

1

Общие капитальные вложения

∑КОБЩ

руб.

46297

2

Балансовая прибыль

ПБАЛ

руб.

71316

3

Чистая прибыль

ПЧ

руб.

54201

4

Срок окупаемости

ТОК

лет

0,9

5

Чистый дисконтный доход

Через три года

руб.

75869

Качественные показатели

  1.  Увеличение квалификации специалистов.
  2.  Улучшение качества учебного процесса.
  3.  Увеличение безопасности полетов.
  4.  Уменьшение времени работы перед компьютером.
  5.  Возможность оценить влияние нескольких факторов на переходный процесс модели «свободный самолет»
  6.  Снижение величины возможного ущерба для АП.


6. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ

6.1. Охрана труда

Выделим нормативные документы России по эргономической безопасности при работе с компьютером. 

В 1996 г. утверждены:

• ГОСТ Р 50948-96. Средства отображения информации индивидуального пользования. Общие эргономические требования и требования безопасности.

• ГОСТ Р 50949-96. Средства отображения информации индивидуального пользования. Методы измерений и оценки эргономических параметров и параметров безопасности.

• ГОСТ Р 50923-96. Дисплеи. Рабочее место оператора. Общие эргономические требования и требования к производственной среде. Методы измерения.

• Санитарные правила и нормы - СанПиН 2.2.2.542-96. Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и организация работы.

Принципиальными особенностями документов являются:

• современный подход к понятию эргономической безопасности, предлагаемым нормам и методам испытаний дисплеев, ПК и рабочих мест;

• комплексность оценки эргономической безопасности, позволяющей устанавливать оптимальные и допустимые диапазоны значений основных визуальных параметров аппаратуры;

• учет и максимально возможное согласование новых стандартов и СанПиН с зарубежными и международными стандартами;

• унификация терминологии, перечень требований и норм эргономической безопасности, позволяющий устранить противоречия и несогласованность содержания большого числа действующих ГОСТов;

• согласование стандартов с Министерством обороны России, что обеспечивает единство норм и методов испытаний для продукции народнохозяйственного и военного применения. 

Эргономическая безопасность ПК может быть охарактеризована

следующими требованиями:

• к визуальным параметрам средств отображения информации индивидуального пользования (именуемых в разных источниках "дисплеи", "видеомониторы", "видеодисплейные терминалы" и т.п., которые в дальнейшем будем называть "дисплеи");

• к эмиссионным параметрам ПК, параметрам излучений дисплеев, системных блоков, источников питания, в том числе безаварийного, и другим.

Многочисленными исследованиями российских и зарубежных специалистов доказано, что важнейшим условием безопасности человека перед экраном является правильный выбор визуальных параметров дисплея и светотехнических условий рабочего места.

В нормативных документах установлены требования к двум группам визуальных параметров: первая - яркость, освещенность, угловой размер знака и угол наблюдения и вторая - неравномерность яркости, блики, мелькания, расстояние между знаками, словами, строками, геометрические и нелинейные искажения, дрожание изображения и т.д. (всего более 20 параметров).

Как показали исследования в России и за рубежом, значения технических характеристик дисплеев не дают гарантии комфортности и эффективности работы человека. Объективные (технические) и субъективные (человеческие) оценки дисплеев чаще всего не совпадают, поскольку человек воспринимает изображение и делает вывод о его качестве по совокупности всех его параметров и условий наблюдения.

Отдельно в нормативных документах устанавливаются требования обеспечения эргономической безопасности по излучениям персональных компьютеров.

6.1.1. Опасные и вредные факторы

На работающего на ПЭВМ постоянно или периодически действуют следующие опасные и вредные факторы:

  1.  Загрязнение воздуха вредными веществами, пылью, микроорганизмами и положительными аэроионами.
  2.  Несоответствие нормам параметров микроклимата.
  3.  Возникновение на экране монитора статических зарядов, заставляющих частички пыли двигаться к ближайшему заземлённому предмету, часто им оказывается лицо оператора.
  4.  Повышенный уровень шума на рабочем столе.
  5.  Повышенный уровень статического электричества при неправильно запроектированной рабочей зоне.
  6.  Опасный уровень напряжения в электрической цепи, замыкание которой может пройти через тело человека.
  7.  Широкий спектр излучения от дисплея, который включает рентгеновскую, ультрафиолетовую и инфракрасную области, а также широкий диапазон электромагнитных излучений других частот.
  8.  Повышенный уровень электромагнитных излучений
  9.  Повышенный уровень ионизирующих излучений
  10.   Отсутствие или недостаток естественного света.
  11.   Недостаточная освещённость рабочей зоны
  12.   Повышенная яркость света
  13.   Пониженная контрастность
  14.   Прямая и обратная блёсткость
  15.   Повышенная пульсация светового потока (мерцание изображения)
  16.   Длительное пребывание в одном и том же положении и повторение одних и тех же движений приводит к синдрому длительных статических нагрузок.
  17.   Нерациональная организация рабочего места.
  18.   Несоответствие эргономических характеристик оборудование нормируемым величинам.
  19.   Умственное перенапряжение, которое обусловлено характером решаемых задач приводит к синдрому длительных психологических нагрузок.
  20.   Большой объём перерабатываемой информации приводит к значительным нагрузкам на органы зрения.
  21.   Монотонность труда.
  22.   Нервно-психические нагрузки
  23.   Нервно-эмоциональные стрессовые нагрузки.
  24.   Опасность возникновения пожара.
  25.   Повышенная температура поверхностей ПК;

6.1.2. Режим труда и отдыха

Режим труда и отдыха - это устанавливаемые для каждого  вида  работ порядок чередования периодов работы и отдыха и  их  продолжительность. Рациональный режим - такое соотношение и содержание периодов работы  и отдыха, при которых  высокая  производительность  труда  сочетается  с высокой  и  устойчивой  работоспособностью  человека   без   признаков чрезмерного утомления в течение длительного времени. Такое чередование периодов труда и отдыха соблюдается в  различные  отрезки  времени:  в течение рабочей смены, суток, недели, года в  соответствии  с  режимом работы предприятия.

Установление  общественно  необходимой  продолжительности  рабочего времени достигаются при разработке правил, в которых предусматривается порядок чередования и продолжительность периода работы и отдыха. Этот порядок принято называть режимом труда  и отдыха.

Один из основных вопросов установления рациональных режимов  труда и отдыха - это выявление принципов  их  разработки.   Таких  принципов три;

• удовлетворение потребности производства;

• обеспечение наибольшей работоспособности человека;

• сочетание общественных и личных интересов.

Первый  принцип заключается в том, что  при  выборе   оптимального режима труда и отдыха требуется определить  такие  параметры,  которые способствуют   лучшему   использованию   производственных   фондов   и обеспечивают наибольшую эффективность  производства.  Режимы  труда  и отдыха    строятся    применительно    к    наиболее     рациональному производственному режиму, с тем чтобы  обеспечить  нормальное  течение технологического процесса, выполнение заданных  объемов  производства, качественное  и  своевременное  проведение   планово-профилактического ремонта и осмотра оборудования при сокращении его простоев  в  рабочее время.

Второй принцип гласит, что нельзя строить режимы  труда  и  отдыха без  учета  работоспособности  человека  и   объективной   потребности организма в отдыхе в отдельные периоды его трудовой  деятельности.   В целях  учета   физиологических   возможностей   человека   (в   рамках установленных законом предписаний по охране труда и  продолжительности рабочего времени) следует  разрабатывать   такой  порядок  чередования времени труда и отдыха,  определять  такую  их  длительность,  которые обеспечивали  бы  наибольшую  работоспособность  и  производительность труда.

Третий принцип предполагает, что режим труда и отдыха должен  быть ориентирован  на   учет   и   обеспечение   в   определенной   степени удовлетворения  личных  интересов  трудящихся  и  отдельные  категорий работников (женщин, молодежи, учащихся и т.д.).

Таким образом, при выборе оптимального режима труда и отдыха нужен комплексный социально-экономический подход.  Целью  подобного  подхода является полная и всесторонняя оценка его оптимизации с  точки  зрения учета  личных  и  общественных  интересов,  интересов  производства  и физиологических возможностей человека.

6.1.3.Эргономические требования к рабочему месту

Для комфортной работы рабочее место должно удовлетворять следующим условиям:

 высота стола должна быть выбрана с учетом возможности сидеть

свободно, в удобной позе, при необходимости опираясь на подлокотники;

 поверхность стола должна обладать свойствами, исключающими

появление бликов в поле зрения программиста;

 конструкция стола должна предусматривать наличие выдвижных ящиков (не менее 3 для хранения документации, листингов, канцелярских

принадлежностей).

 высота рабочей поверхности рекомендуется в пределах 680-760мм.

Высота поверхности, на которую устанавливается клавиатура, должна быть около 650мм.

Большое значение придается характеристикам рабочего кресла. Так,

рекомендуемая высота сиденья над уровнем пола находится в пределах 420-550мм.

Поверхность сиденья мягкая, передний край закругленный, а угол наклона

спинки - регулируемый. Необходимо предусматривать при проектировании возможность различного размещения документов: сбоку от видеотерминала, между монитором и клавиатурой и т.п. Кроме того, в случаях, когда видеотерминал имеет низкое качество изображения,  например заметны мелькания, расстояние от глаз до экрана делают больше (около 700мм), чем расстояние от глаза до документа(300-450мм).

6.1.4. Освещение рабочего места

Работа, выполняемая с использованием вычислительной техники, имеют следующие недостатки:

•вероятность появления прямой блесткости;

•ухудшенная контрастность между изображением и фоном;

•отражение экрана.

В связи с тем, что естественное освещение слабое, на рабочем месте должно применяться также искусственное освещение. Далее будет произведен расчет искусственного освещения.  

Для освещения помещения рабочей комнаты размерами А=4 м, В=3 м и высотой Н=2,5 м предусмотрены люминесцентные лампы 40 Вт.

Необходимое количество ламп:

где  Е=300- заданная минимальная освещенность (лк),

k=1, - коэффициент запаса (для помещений, связанных с работой ПЭВМ),

S=12- освещаемая площадь  (м2),

z=1,1- характеризует неравномерное освещение,

- коэффициент использования. Для его нахождения выбирают индекс помещения i и  предположительно оцениваются коэффициенты отражения поверхностей помещения пот. (потолка) = 70%, ст. (стены) = 50%, п (пола)= 50%. Находим из справочных данных = 0,58.

Фл- световой поток, создаваемый одной лампой (лм) люминесцентных ламп 40 Вт- Фл=2480 лм.

6.2. Экологичность

Т.к. при работе ПЭВМ выделяется дополнительное избыточное тепло, то необходимо использовать дополнительную вентиляцию.

Виды вентиляции

Вентиляционная система — совокупность устройств, для обработки, транспортирования, подачи и удаления воздуха. Системы вентиляции классифицируются по следующим признакам:

По способу создания давления и перемещения воздуха: с естественным и искусственным (механическим) побуждением

По назначению: приточные и вытяжные

По способу организации воздухообмена: общеобменные, местные, аварийные, противодымные

По конструктивному исполнению: канальные и бесканальные

По количеству воздуха на человека в час. К примеру, в бомбоубежище — не менее 2,5 м³/ч, в офисном помещении — не менее 20 м³ в час для посетителей, находящихся в помещении не более 2 часов, для постоянно находящихся людей — не менее 60 м³ в час. Расчёт вентиляции производится с помощью следующих параметров: производительность по воздуху (м³/ч), рабочее давление (Па) и скорость потока воздуха в воздуховодах (м/с), допустимый уровень шума (дБ), мощность калорифера (кВт). Норматив по воздухообмену регламентируется строительными нормами и правилами (СНиП) и санитарными нормами и правилами (СанПиН)

Типы систем по способу побуждения движения воздуха

Естественная вентиляция

При естественной вентиляции воздухообмен осуществляется из-за разницы давления снаружи и внутри здания.

Под неорганизованной естественной системой вентиляции понимается воздухообмен в помещении, происходящий за счёт разности давлений внутреннего и наружного воздуха и действий ветра  через неплотности окружающих конструкций, а также при открывании форточек, дверей.

Организованной естественной вентиляцией называется воздухообмен, происходящий за счет разности давлений внутреннего и наружного воздуха, но через специально устроенные приточные и вытяжные проемы, степень открытия которых регулируется.

Механическая вентиляция

При механической вентиляции воздухообмен происходит за счет разности давления, создаваемой вентилятором. Этот способ вентиляции более эффективен, так как воздух предварительно может быть очищен от пыли и доведен до требуемой температуры и влажности.

Типы систем по назначению

Приточная вентиляция

Приточной системой вентиляции называется система, подающая в помещение определенное количество воздуха, который может подогреваться в зимний период и охлаждаться в летний.

Вытяжная вентиляция

Вытяжная вентиляция служит для удаления из помещения вредных выделений.

Типы систем по способу организации воздухообмена

Общеобменная вентиляция

Общеобменная система вентиляции предусматривается для создания одинаковых условий и параметров воздушной среды (температуры, влажности и подвижности воздуха) во всём объёме помещения, главным образом в его рабочей зоне (1,5—2,0 м от пола), когда вредные вещества распространяются по всему объёму помещения и нет возможности (или нет необходимости) их уловить в месте образования.

Местная вентиляция

Местной вентиляцией называется такая, при которой воздух подают на определённые места (местная приточная вентиляция) и загрязнённый воздух удаляют только от мест образования вредных выделений (местная вытяжная вентиляция). Местная приточная вентиляция может обеспечивать приток чистого воздуха (предварительно очищенного и подогретого) к определённым местам. И наоборот, местная вытяжная вентиляция удаляет воздух от определённых мест с наибольшей концентрацией вредных примесей в воздухе. Примером такой местной вытяжной вентиляции может быть вытяжка на кухне, которая устанавливается над газовой или электрической плитой. Чаще всего используются такие системы в промышленности.

Противодымная вентиляция

Противодымная система вентиляции устанавливается в производственных зданиях, где применяются технологии с повышенной пожароопасностью, и служит для обеспечения эвакуации людей. С помощью этой системы подается необходимое количество воздуха, препятствующего распространению дыма в помещении. Система работает в начальной стадии пожара.

Расчёт вентиляции

Расчет вентиляции, как правило, начинается с подбора оборудования, подходящего по таким параметрам, как производительность по прокачиваемому объему воздуха и измеряемому в кубометрах в час.

Важным показателем в системе является кратность воздухообмена.

Кратность воздухообмена показывает, сколько раз происходит полная замена воздуха в помещении в течение часа.

Кратность воздухообмена определяется СНиП и зависит от:

•назначения помещения

•количества оборудования

•выделяющего тепло,

•количества людей в помещении.

В сумме все значения по кратности воздухообмена для всех помещений составляют производительность по воздуху.

Производительность по воздуху

Подбор оборудования для системы вентиляции начинается с  расчета требуемой производительности по воздуху или «прокачки», измеряемой в кубометрах в час. Для этого необходим поэтажный план помещений с экспликацией, в которой указаны наименования (назначения) каждого помещения и его площадь. Расчет начинается с определения требуемой кратности воздухообмена, которая показывает сколько раз в течение одного часа происходит полная смена воздуха в помещении. Требуемая кратность воздухообмена зависит от назначения помещения, количества находящихся в нем людей, мощности тепловыделяющего оборудования и  определяется СНиП (Строительными Нормами и  Правилами).

Для определения требуемой производительности необходимо рассчитать два значения воздухообмена: по кратности и по количеству людей, после чего выбрать большее из этих двух значений.

Расчет воздухообмена по кратности: 


где L - требуемая производительность приточной вентиляции, м
3/ч;

n - нормируемая кратность воздухообмена: для жилых помещений n = 1, для офисов n = 2,5;

S - площадь помещения, м2;  S = 12

H - высота помещения, м; H = 2,5 м

Расчет воздухообмена по количеству людей: 

где L - требуемая производительность приточной вентиляции, м3/ч;

N - количество людей;

- норма расхода воздуха на одного человека:

•в состоянии покоя — 20 м3/ч;

•работа в офисе — 40 м3/ч;

•при физической нагрузке — 60 м3/ч.

Полученные данные соответствуют требованиям нормативной документации.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе работы система моделирования движения свободного самолета проявила себя, как удобная, простая в работе обучающая  система с понятным интерфейсом.

Задача работы по моделированию движения «свободного самолета» и созданию обучающей программы с целью внедрения ее в процесс обучения выполнена.

Разработаны модели для управляющих и внешних возмущающих воздействий боковой и продольной моделей самолета.  Построены графики переходных процессов.

Разделы проекта по технической эксплуатации, безопасности полетов, экономики и экологичности выполнены в соответствии с предъявленными к ним требованиями. В результате проделанной работы выявлено, что система моделирования движения «свободного самолета» отвечает всем требованиям поставленной задачи.


СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Воробьев В.Г., Кузнецов С.В., Автоматическое управление полетов самолетом: Учебник для вузов. - М.: Транспорт, 1995.

Глухов В.В., Методическое указание по выполнению контрольной и курсовой работы по дисциплине: «Автоматика и Управление».-М.:1998.

Гусев А.А. Системы автоматического управления и пилотажно-навигационные комплексы. Пособие к лабораторной работе «Изучение и исследование средств, обеспечивающих коррекцию характеристик устойчивости и управляемости самолета». - М.: МГТУ ГА, 2001.

Гусев А.А. Пособие по дисциплине «Системы автоматического управления и пилотажно – навигационные комплексы» и задание к курсовой работе. - М.: МГТУ ГА, 2001.

Техническая эксплуатация авиационного оборудования: Учебник для вузов/ Воробьев В.Г., Константинов В.Д., Денисов В.Г. и др.; Под ред. Воробьева В.Г. - М.: Транспорт, 1990.


Среда
MATLAB

Среда Simulink

изуальная среда  GUIDE

Среда Toolboxes

Среда Blocksets

Библиотека Simulink


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

13444. ДОСЛІДЖЕННЯ ВИМІРЮВАЛЬНИХ МОСТІВ ЗМІННОГО СТРУМУ 193.5 KB
  ЛАБОРАТОРНА РОБОТА N 8 ДОСЛІДЖЕННЯ ВИМІРЮВАЛЬНИХ МОСТІВ ЗМІННОГО СТРУМУ Мета роботи: вивчити основи теорії принцип дії схеми властивості і особливості експлуатації мостів змінного струму МЗС. Провести дослідження властивостей мостів змінного струму. При п...
13445. КОМПЕНСАТОР (ПОТЕНЦІОМЕТР) ПОСТІЙНОГО СТРУМУ 702 KB
  ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 9 КОМПЕНСАТОР ПОТЕНЦІОМЕТР ПОСТІЙНОГО СТРУМУ Мета роботи: 1. Ознайомитись із принципом дії будовою та технічними особливостями компенсатора потенціометра постійного струму КПС. 2. Навчитись за допомогою КПС вимірювати електрорушійну силу ...
13446. Спостереження та вимірювання параметрів електричних сигналів за допомогою універсального Електронного Осцилографа 2.58 MB
  Лабораторна робота 10 Спостереження та вимірювання параметрів електричних сигналів за допомогою універсального Електронного Осцилографа. Мета роботи: вивчити структурну схему та принцип дії універсального електронного осцилографа ЕО; навчитись користувати
13447. Измерение удельного сопротивления проводника 114 KB
  ОТЧЕТ о лабораторной работе Цель работы: Изучение характеристик электроизмерительных приборов и определение удельного сопротивления проводника Приборы и принадлежности: Лабораторная у
13448. Понятие об электрическом сопротивлении и проводимости 36.04 KB
  Понятие об электрическом сопротивлении и проводимости Любое тело по которому протекает электрический ток оказывает ему определенное сопротивление. Свойство материала проводника препятствовать прохождению через него электрического тока называется электрическим с
13449. Внешняя политика афинской Архэ в V веке до нашей эры 233 KB
  Целью Первого Афинского морского союза являлась борьба с Персией, чтобы освободить ещё подвластных персам греков и отомстить за персидские походы на Элладу. Афиняне выбирали ежегодно десять эллинотамиев для заведования союзной казной...
13450. Психологические причины девиантного поведения подростков 275 KB
  Многочисленные формы отклоняющегося поведения свидетельствуют о состоянии конфликта между личностными и общественными интересами. Отклоняющееся поведение - это чаще всего попытка уйти из общества, убежать от повседневных жизненных проблем и невзгод
13451. Створення власного електронного магазина 744 KB
  Лабораторна робота №2/1 Створення власного електронного магазина Спрощена інструкція по роботі з конструктором електронних магазинів JShop Professional 1. Створення папки де будуть зберігатися всі елементи власного електронного магазину. Створіть папку присвоївши ї...
13452. Методичні вказівки щодо використання програмного продукту PGP зля захисту інформації в економічних інформаційних системах 1.71 MB
  Методичні вказівки щодо використання програмного продукту PGP зля захисту інформації в економічних інформаційних системах 1. Види загроз безпеці інформації в економічних інформаційних системах ЕІС та основні технологічні засоби для захисту інформації 1.1. Основ